随着云数据存储、在线高清视频等互联网业务的迅猛发展,对传输容量需求呈现爆炸式增长,如何实现超大容量超远距离传输成为近几年光通信技术研究的热点。其中,超高速光时分复用技术(optical time division multiplexing,简记为OTDM)作为实现未来超大容量通信的有效技术之一,研究者对其进行了广泛而深入的研究。本文结合所承担的国家“863”项目“160Gb/s一泵多纤光传输技术的研究”,针对超高速OTDM系统关键技术,开展了一系列深入的理论、仿真及实验研究,研究内容包括展宽光源频谱相干性和频谱调控原理研究、100km传输链路色散管理设计、时钟增强、基于电吸收调制器和高非线性光纤(highly non-linear fiber,简记为HNLF)的解复用方案,全光波长交换,取得的主要创新成果如下：1、研究了不同波形下生成超连续谱的相干性。理论并仿真研究无啁啾双曲正割型皮秒脉冲泵浦在HNLF中产生的超连续谱的过程以及在光波分裂前后的相干度变化；研究在不同输入噪声下产生超连续谱的相干度变化；对比研究不同啁啾双曲正割型脉冲下产生超连续谱的相干度变化。仿真得到超连续谱的相干性随不同波形的变化规律。2、研究了不同波形下生成超连续谱的平坦性。理论分析并仿真研究双曲正割、高斯(m=1)、超高斯(m=5)脉冲形皮秒脉冲泵浦在HNLF产生的超连续谱,得到三种波形的泵浦脉冲在光纤不同位置的时频域图,并深入研究脉冲光源、HNLF参量共同作用对超连续谱的平坦度的影响,探讨影响超连续谱平坦性机制,归纳总结影响超连续谱平坦性的因素和一般规律。3、采用一种对称的强色散图谱以适合160Gbit/s超高速OTDM信号100km传输,实现了精确补偿色散和色散斜率的同时抑制信道内非线性损伤。在理论研究结果指导下,对160Gbit/s超高速时分复用信号的伪线性传输链路进行色散图谱设计和仿真验证,并搭建实验系统进行实验研究,最终实现160Gbit/s OTDM信号100km两小时无误码传输。4、理论分析并研究160Gbit/s OTDM信号中各阶时钟分量占比与复用信号幅度之间的联系,采用基于级联电吸收调制器和时钟提取模块组成的光电反馈环,同时实现信号时钟增强和解复用的功能,搭建160Gbit/s OTDM信号100km传输系统进行实验研究,并成功实现160Gbit/s OTDM信号100km传输后时钟得到明显增强。5、提出采用双向使用HNLF结构对80Gbit/s OTDM信号进行解复用方案,搭建80Gbit/s OTDM传输实验系统对所提出方案进行验证。所提出的解复用结构不仅可以实现对单波80Gbit/s OTDM信号同时解复用出两路无误码基带信号,还可以实现对恶化的160Gbit/s (80Gbit/s×2) OTDM/WDM(wavelength division multiplexing,简记为WDM)解复用和2R再生,并降低一半解复用器的数量。理论研究了存在非线性偏振旋转效应在内的非线性光纤环镜(nonlinear optical loop mirror,简记为NOLM)解复用和2R再生原理,搭建基于NOLM的80Gbit/s OTDM系统进行实验研究,实验结果表明,采用基于NOLM的解复用结构可以从恶化的80Gbit/s OTDM信号中成功的解复用出8路基带信号,并且达到无误码。6、提出基于双向使用HNLF的波长交换结构。通过此结构分别利用自相位调制(self-phase modulation,简记为SPM)和交叉相位调制(cross-phase modulation,简记为XPM)效应实现两路恶化的OTDM信号之间的波长交换和2R再生功能,并对其进行实验验证。实验结果显示2R再生后的信号眼图清晰且“眼”张开度大,解复用后的各信道均能达到无误码。其中基于SPM效应的方案不需要额外的光源,系统结构简单且实现容易。基于XPM效应的方案需要两个额外的CW光源,但对不同信号之间的波长间隔没有严格的要求,具有更灵活的波长间隔选择。