随着对无线通信带宽需求的迅猛增长，人们对于高速数据接入的需求愈发迫切。借助可见光通信(VLC)复用技术可克服调制带宽约束，成倍提升VLC系统的传输容量，是目前VLC领域的研究热点。介绍了VLC复用技术的基本原理和关键技术，对近年来提出的多维复用技术和多输入多输出(MIMO)技术进行总结，并结合研究现状展望未来的发展方向。

为迎合5G/6G时代人们对数据通信不断增长的需求，针对现阶段超高速以太网多业务支持、速率灵活可变和IP光融合组网的发展趋势，研究了灵活以太网(FlexE)的协议规范，包括FlexE基本结构、开销帧定义和Calendar机制。在此基础上，提出一种将介质访问控制(MAC)层不同速率的用户数据映射至物理层中的功能模型，并研究了一种基于Calendar机制的时隙分配算法。

针对通信窃听问题，以“内生安全光通信理论与技术研究”项目为研究背景，从信息层面、载波层面和调制后的信号层面，介绍了光纤物理层安全传输的现有技术发展。提出了一种基于量子噪声流加密的光纤物理层安全传输技术，将离散傅里叶变换扩展的正交频分复用(DFTs-OFDM)引入基于正交幅度调制(QAM)的量子噪声流加密传输系统，在保证高频谱利用率的同时，有效抵御非合作方的窃听。研究结果表明: 该传输技术实现了10 Gb/s的传输速率、无中继传输距离达300 km的光纤传输，且Q因子超过9，信息截获概率低于0.001%。

为给倾斜长周期光纤光栅在折射率传感领域的合理应用提供理论参考，通过光学仿真软件分别模拟了不同包层模式、不同包层半径情况下有效折射率及谐振波波长漂移量的变化规律。仿真结果表明: 光栅各阶包层的有效折射率均会随环境折射率的增大而增大，且半径越小的高阶包层模灵敏度越高；根据谐振波波长偏移量与环境折射率的变化规律，在实际应用中可以选择不同的参数来满足不同的灵敏度需求。

针对海洋环境中不同温度下声音检测的需求，研发了一种基于光纤布喇格光栅(FBG)的温度补偿型水听器。该水听器利用侧面拉伸式结构进行增敏，通过有限元分析方法对水听器结构进行优化，并在该结构中使用了补偿材料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，利用其热膨胀效应对FBG进行调制，以降低温度对FBG产生的影响，实现温度补偿。仿真结果表明: 该结构在10~2000 Hz范围内可实现较高增敏，同时水听器的灵敏度增益谱显示出共振特征，相比于远离共振频率处，灵敏度增益有进一步的提高，最高达到145 dB；在海洋温度变化范围内(-2 ℃~30 ℃)可实现波长偏移小于0.01006 nm的温度补偿。

在基于光频域反射仪(OFDR)的光纤距离测量中，光源非线性调谐效应直接影响测量距离的精度，使得OFDR的测量结果发生偏移。通过理论分析调频线性度与测量距离的关系，提出了一种距离校正的方法，利用辅助干涉仪测量光源调谐的非线性偏移量，根据偏移量直接在信号频域上进行插值校正，消除光源非线性调谐对测量距离的影响。实验表明: 该方法能够有效提高OFDR测量距离的精度和空间分辨率，能在一个扫频周期内完成运算，具有很高的运算效率。

针对相同偏置电压下雪崩光电二极管(APD)的增益会随温度变化，从而影响到光时域反射仪(OTDR)的动态范围的问题，提出了一种APD偏置电压自适应精确控制的方案。在各个适宜的工作温度下，该方案可以保证偏置电压始终工作在接近雪崩电压，使APD在最佳增益时稳定工作，从而提高OTDR的动态指标，并解决OTDR高低温测试时动态范围波动大的问题，使得动态范围波动被控制在0.3 dB以内。

随着5G技术的飞速发展，高速光通信网络的建设迫在眉睫，而铌酸锂电光调制器是高速光通信中信号调制系统的重要组成部分，提高铌酸锂电光调制器的性能是高速信号调制技术进一步发展的基础。从铌酸锂电光调制器市场情况出发，总结了近年来铌酸锂电光调制器在各方面可行的改进和研究，比较了各种研究成果，探讨了几种改进方法的优缺点，并进行了相应的实验研究，指出了硅基集成铌酸锂电光调制器在未来通信系统中的远大应用前景。

光学器件应用于集成光路中尺寸必须足够小，传统耦合分束方式需较长的耦合距离，尺寸不易控制在较小范围内。采用耦合区域增加可变介质柱可以有效减小耦合距离，在完整的光子晶体中引入直波导，并且在直波导的出射端设计成3个波导出射口，其中两侧出射口结构完全相同。利用时域有限差分法分析，结果表明: 通过改变直波导间耦合区域的介质柱大小可实现控制光波功率分配的目的，从而实现了波导传播过程的分光比。

针对多模光纤的分布式传感系统受多模光纤布里渊散射特性的影响，利用有限元仿真得到多模光纤6种典型传输模式的电场分布，并从布里渊频移、线宽、峰值增益和布里渊散射谱4个方面仿真研究了单一模式和模式叠加情况下多模光纤的布里渊散射特性。仿真结果表明: 多模光纤不同传输模式的线宽和增益峰值都随着模式阶数的增加略有减少，布里渊频移随模式阶数减小而明显增加；在不受应变和温度影响的情况下，多模式叠加后布里渊散射谱相较单一模式线宽发生展宽，增益峰值大幅减小。

在激光湍流传输仿真中，随着路径上湍流的不断增强，光斑会产生巨大的畸变，往往无法同时具备较高的仿真精度和计算效率。提出了在仿真过程中采用不同的收发平面采样网格间距的方法，实现了中强湍流信道中的激光传输仿真。该方法可以在保持采样点数不变的情况下，根据具体情况设置不同的收发平面网格间距，使得激光传输的仿真结果在不同湍流强度下都与理论值更加接近。仿真结果表明: 减小发射平面网格间距之后，闪烁指数仿真值相对误差从20%以上降低到10%以内，最低可达4.15%，波动标准差也从0.07以上减小到0.05以内，最小可达0.015。

子载波索引功率调制(SIPM)能够利用子载波索引信息调整所对应的功率信息，它应用于光纤-可见光融合系统中，可以更好地提高该系统的传输容量。提出了一种基于子载波索引功率调制-正交频分复用(SIPM-OFDM)的全双工光纤-可见光混合系统，利用波长重用方法简化了系统的结构，并建立了SIPM-OFDM信号的产生模型，通过仿真实验验证了系统的可行性。仿真结果表明: 经过35 km标准单模光纤(SSMF)及5 m可见光双向传输之后，系统功率代价分别小于1 dB和2 dB，星座图依然清晰。

针对海水光信道的散射效应问题，选择Henyey-Greenstein函数产生散射角，基于蒙特卡洛(MC)仿真方法分析了Ⅰ类水质和Ⅱ类水质信道下，传输距离和接收视场角(FOV)对抵达光信号散射成份的比例特性的影响。分析结果表明: Ⅰ类水质信道下，散射成份只占小于1.2%的比例；Ⅱ类水质信道下散射成份明显增加，此时，FOV的取值对散射成份比例特性的影响明显；尤其在Ⅱ类水质(港口)信道下，当传输距离大于6.0 m时，散射成份几乎占抵达光信号的100%。

为了满足5G前传网络发展的需要，提供更大的带宽，在基于反射式半导体放大器(RSOA)再调制的波分复用无源光网络(WDM-PON)系统中，采用下行速率为50 Gb/s的四脉冲幅度调制(PAM4)信号和上行速率为10 Gb/s的非归零(NRZ)信号，构成不对称传输架构的双向通信系统，将其作为前传网络的承载方案。在理论研究的基础上，使用仿真软件Optisystem对基于RSOA再调制的WDM-PON系统进行了仿真和分析，分析了不同发射光功率下系统的传输性能；分析了背靠背和有色散补偿的2种条件下上、下行传输系统的性能。证明了采用下行50 Gb/s PAM4信号和上行10 Gb/s NRZ信号的WDM-PON可作为前传网络的承载方案。