随着光通信技术的不断提升与发展，设备生产厂商对高速光通信器件性能指标的测试精度要求越来越高。散射参数（S参数）可精确表征光通信器件的传输特性，传统分离式和整体式测量仪器单次测试中的随机误差随时间无规律地变化，它不能通过校准消除，但可以通过平均处理减少随机性对测试结果的影响。鉴于此，提出了一种高速宽频光网络参数自动化测试系统，其在高速宽频条件下进行一次连接、校准后可实现对光通信器件的多次连续测量，以此避免不同测量期间器件反复断开、连接，以及校准带来的漂移误差，减少同一连接间的随机误差对测量结果产生的影响。理论分析和实验结果表明，设计具有较好的测量重复性、更高的精度和更好的可靠性。

阵列涡旋的空间扩展受到限制，实际可用的轨道角动量（OAM）本征态数量有限。为突破这一限制，将广义聚焦相位与圆形域函数集成进涡旋相位设计，制备出基于α-Si纳米天线的涡旋相位超表面，在实验上实现同心广义完美涡旋光束（G-PVBs）。这一设计打破了传统涡旋光对称形状的限制，光束图案和螺旋干涉图中的不同涡旋形状和螺旋瓣都以非重叠的同心方式排列。该方案实现了涡旋光形状、拓扑荷、涡旋光数目和偏振的解耦合，同时每个涡旋光束携带稳定的拓扑荷信息及涡旋形状信息，有效避免了模间串扰。通过这种紧凑的同心排列方式，可实现完美涡旋光束的空间复用、偏振复用和OAM模式复用，拓展涡旋光通信信道和信息维度，为高容量的加密涡旋光通信提供广阔的应用前景。

跟踪精度和扰动抑制带宽是空间激光通信精跟踪系统的关键性能参数。针对卫星平台振动和空间背景光干扰对空间激光通信精跟踪性能的影响，通过算法改进和系统优化，设计了一种高性能精跟踪系统，并对其进行了测试验证。介绍了基于傅里叶相移的光斑定位方法的原理，并从理论分析和仿真实验两个方面对其性能进行了评估。结果表明，该方法相较于传统质心算法具有显著优势，不受直流偏置的影响，且对低频噪声的抗干扰能力更强。基于空间应用需求，采用高等级互补金属氧化物半导体（CMOS）相机芯片和单片现场可编程门阵列（FPGA）设计了精跟踪系统，有效降低了系统时延，使精跟踪闭环控制频率达到4 kHz。系统测试结果表明，在光斑条件较差时，基于傅里叶相移的光斑定位算法能够有效降低定位误差，均方误差低至0.001 pixel，优于传统质心算法，且扰动抑制带宽可达200 Hz以上。

星载激光通信终端在捕跟建链初期存在较大的初始指向误差，严重影响了建链时长和断链恢复能力。为满足星载激光通信快速建链的需求，设计了一种基于无信标光系统指向误差修正的快速捕获方案，并将其应用于低轨（LEO）卫星互联网激光通信终端。利用基于最小二乘法的寻优算法对激光通信终端的指向偏差进行修正，将初始指向偏差从6.7 mrad修正到0.5 mrad左右，断链重捕时间由最初的8 min缩短到30 s。研究结果为星载激光通信终端链路的快速建立提供了有力支持。

为探讨光通信网络在智慧城市建设中的关键作用及技术发展趋势，系统分析了空间激光通信（FSO）、通感一体化（ISAC）光通信网络及可见光通信（VLC）三大技术的应用场景与性能表现，并基于新型光纤、光电器件制造工艺及量子通信技术的前沿进展，对其未来发展方向进行了展望。分析结果表明：FSO在跨域互联与应急通信中展现高传输速率优势，但受天气影响稳定性不足；ISAC光通信网络技术通过光纤传感可实现交通、地震等场景的实时监测，但复杂环境误报率较高；VLC在室内定位与医疗领域实现厘米级精度与无干扰传输，但存在硬件成本高的问题。未来，空芯光纤与多芯光纤的协同架构、光电共封装（CPO）技术及量子密钥分发（QKD）将分别从网络基础、设备互连能效与安全防护三方面推动智慧城市升级。

为应对自由空间光（FSO）通信系统中大气湍流和散射效应导致的信道非线性问题，提升第六代移动通信（6G）时代光通信系统的传输可靠性，综述机器学习（ML）在改善FSO通信信道估计中的研究进展，对比分析了深度学习和非深度学习方法在FSO信道估计中的应用，展示了ML在提升信道估计精度和系统性能方面的优势。最后，展望了ML在FSO通信中遇到的挑战和未来发展趋势，指出了ML算法在FSO通信系统中展现出的巨大潜力，并探讨了未来研究的方向。

机载平台是空天地一体化广域光/量子通信网络推进中的重要一环，但机载平台高速作业时，气动光学效应会导致光束出现偏移、抖动、模糊、能量衰减等现象，影响光/量子通信系统性能。首先，从气动光学效应的研究路线展开，阐述和分析气动光学效应对机载光通信影响的3个方面：捕获、跟踪及对准系统的负担增加，通信链路的中断，以及通信质量的下降。其次，介绍在多个机载量子密钥分发场景下，气动光学效应造成的光束偏移、传输损耗增加以及密钥率下降等影响。最后，总结机载光/量子通信系统在传输链路优化、系统性能评估和补偿方法设计中面临的挑战，并展望该领域的发展前景。

水下环境存在明显的垂直分层特性，研究光在垂直分层水下信道的传输模拟方法，有助于提升水下光通信系统的性能。提出一种适用于水下垂直无线光通信环境的Monte?Carlo仿真方法，该方法能够模拟光束在水下环境受吸收、散射和湍流多因素综合链路影响下的传输特性。分别在单一湍流信道、综合信道（考虑吸收、散射和湍流因素）以及Argo实际水下温盐度数据条件下，验证了该方法的正确性。在单一湍流信道中，通过分析折射率变化范围、湍流层间隔和链路长度对湍流强度的影响，得到划分弱、中、强三类湍流区域对应的参数组合；在吸收散射湍流多因素影响的综合信道中，进一步模拟不同海水环境下的闪烁指数和路径损耗，评估吸收散射和湍流对信道性能的综合效应。

在基于阵列波导光栅（arrayed waveguide grating，AWG）的光互连数据中心中，每个节点可以接收由任意波长携带的多个信号，如果节点无法分离信号，则可能导致信道冲突。提出了一种三信道接收方案，允许每个节点同时接收任意一组3个波长的信号（即防冲突）。任意两个信号之间的偏振差为60°。在接收时，复合信号被分到3个偏振分束器（polarization beam splitter，PBS），然后经过3个光电检测器（photodetector，PD）进行处理。每个PBS滤除一个信号，随后的PD检测另外两个信号。3个信号可以通过在电域或数字域中的算术运算从检测结果中复原。改进后的方案不需要波长可调谐接收器或冗余接收器，并实现了单个节点可以同时接收任意一组3个波长的信号。仿真结果验证了改进后方案的可行性。