基于多芯少模光纤的空分复用技术被认为是解决传统单模光纤通信容量危机的可行方案。同时，随着支撑空分复用技术的光纤器件的快速发展和逐步成熟，空分复用技术亦可以应用于多参量分布式传感，解决传统基于单模光纤的单参量传感器交叉敏感性问题。文章综述了近年来少模光纤、多芯光纤、多芯少模光纤的设计制备及测试研究，也总结了这些特种光纤在光纤传输与光纤传感上的应用进展,在此基础上，对多芯少模光纤的传输与传感应用的研究前景与方向进行了展望。

光纤通信系统和网络是支撑信息社会的重要基础设施。大数据时代云计算、移动互连和虚拟现实等新型业务的迅速发展对信息传送能力提出了日益增长的迫切需求。为了应对这种需求，光纤传输技术向着更高速率和更大容量不断发展。文章介绍了高速光纤传输近年来的主要技术进展，讨论了面向长距离的相干检测和面向中短距离的直接检测光纤传输使能技术，总结了高波特率光纤传输技术的最新发展与未来趋势。

传统的光接入网速率已经无法满足快速增长的互联网流量需求。文章针对当前无源光接入网的发展状况，重点介绍了单波长25 Gbit/s光接入、单波长50 Gbit/s光接入和相干光接入这三种光接入网速率升级的主流技术，分析了其各自的优缺点，并介绍了我们研发团队在这些方面取得的部分进展。

随着智能终端和互联网的飞速发展，无线局域网(WLAN)在全球迅速普及，并成为当今全球应用最广泛的宽带无线接入技术。WLAN 的发展面临着覆盖、干扰和维护三方面的问题。将WLAN 与光载无线(ROF)技术结合起来构建光载WLAN系统可以有效解决上述三方面问题。然而，新一代WLAN 标准兼容2.4 和5 GHz 两个频段，采用了先进的多入多出(MIMO)技术，并大幅提高了网络吞吐量，这些新特点对ROF 技术提出了新的要求和挑战。文章总结了在单元技术、传输链路和网络模型三个方面的研究工作，着力解决多频段非线性补偿、MIMO 无线信号单纤传输和光载WLAN系统网络性能建模与评估三类关键技术。

针对下一代光传输网络的演进和升级，文章探讨了存在的问题和挑战，并提出了一些应对策略和思路，包括: 建议采用光收发器分离来应对日益增长的网络业务流量的非对称性; 采用频域子波段虚级联技术支持新老两代光传输技术的共存，实现密集波分复用(DWDM)光网络向灵活频谱光网络的平滑演进; 探讨无色、无向、无阻塞、无栅格可重构光分插复用器(ROADM)在光网络中的使用和替换策略，以及新老ROADM节点间的互联互通问题; 探讨光网络中新型大有效面积、超低损耗光纤的替换问题和策略等。

超表面材料在与光场相互作用时表现出独特的光学特性和许多有趣的物理现象，基于此材料制作的光电子功能器件对光场的调控能力有望被提升至新高。文章以光纤通信系统中的光功率分配应用为实例，提出了一种基于硅基超表面材料的新型光功率分配方案。首先，通过优化设计硅基超表面的单元结构，使其在1 458~1 593 nm波长范围内的相位偏振转化效率超过90%，而无偏振转化的效率则控制在1.2%以下; 其次，研究了相邻硅纳米砖之间的光场耦合效应，将其对相位精度的影响降至最低; 最后，利用优化设计的硅纳米砖结构，实现了4种不同的光功率分配方式，并通过仿真加以验证。设计和仿真结果表明，基于硅基超表面材料的光功率分配技术具有结构紧凑、效率高、偏振不敏感、宽带响应、设计灵活、制造上与半导体制造工艺兼容等突出优点，有望成为未来超密、任意、智能功率分配的首选技术途径。

文章回顾了本研究小组将人工神经网络(ANN)和深度神经网络(DNN)用于提取布里渊光时域分析仪(BOTDA)传感系统中的温度分布信息的研究工作。在对ANN或者DNN模型进行适当的训练之后，沿被测光纤的温度分布信息能够被训练完成的ANN或DNN从实验获得的布里渊增益谱(BGS)中直接提取出来，而不需要像传统的洛伦兹线型拟合(LCF)方法一样先对BGS拟合得到布里渊频移(BFS)，再将其转换成温度信息。实验结果展示出了用ANN和DNN进行温度提取的方法相比于用传统LCF方法的优势。

多芯光纤可大幅提高光纤的传输容量，但芯间串扰会导致网络资源分配面临更大挑战。文章分析了多芯光纤网络的路由、纤芯选择和频谱分配问题，建立了考虑纤芯间串扰的优化模型，以最小化网络最大占用频隙号为优化目标，首次设计了一种基于协同进化的优化算法，以解决路由、纤芯选择和频谱分配问题。根据最大请求优先排序策略将连接请求降序排列，利用整数编码分别为路由和纤芯选择设立不同种群，结合单点交叉与均匀变异，采用差异化的精英保留进化策略，以搜索路由、纤芯选择和频谱分配问题的全局最优解。完成所提算法在两种不同网络拓扑下的性能评估，实验结果表明，所提算法可实现网络频谱资源的高效利用，业务承载分布更均衡。

新型时域混合调制(TDHM)技术可以提高光通道的频谱使用效率，有效地提高光网络的容量。针对共享备份路径保护(SBPP)技术下的波分复用(WDM)光网络，我们结合TDHM技术研究了路由和波长分配(RWA)问题，并提出了一种基于最佳路径对策略的优化技术。仿真结果表明，与传统的最短路径策略优化技术相比，提出的最佳路径对策略能使被保护的网络容量提高30%，从而验证了TDHM技术对提高光网络传输容量的有效性。

针对大定时误差下串行级联脉冲位置调制(SCPPM)同步难的问题，提出一种基于期望最大化(EM)算法估计的SCPPM码辅助迭代定时同步方法。该方法首先由SCPPM译码输出软信息构造出评价函数，先进行大范围定时偏移的粗同步，之后再利用EM算法进行细同步，并且通过简化评价函数以及搜索方式降低同步算法的复杂度。仿真结果表明，该方法能够在大定时误差下有效地实现系统同步，与使用EM算法相比，其有效同步范围得到了大幅提高。

为解决信息量快速增长带来的传输容量不足问题，提出了一种可用于光子轨道角动量(OAM)传输的新型光纤，并对其研制技术进行了研究。采用等离子体化学气相沉积(PCVD)技术解决了高折射率环形纤芯结构光纤预制棒应力损伤难题，通过反复的工艺研究与验证，形成了环形纤芯光纤高稳态拉丝工艺技术，实现了该光纤的研制。该光纤具有环形结构，在实现±1、±2阶OAM信号传输的同时，光纤的传输损耗仍能保持较低的水平，可满足较长距离的OAM大容量信号传输需求。

硅基相移光栅具有良好的波长选择性。文章通过相移光栅的耦合方程，利用Matlab软件进行仿真，分别讨论了不同相移大小和光栅长度对相移光栅的反射谱的影响; 通过引入啁啾和切趾技术达到了拓宽带宽、抑制旁瓣和时延的目的。设计仿真出了一种带宽为0.18 nm、时延为-3 795 ps/nm的硅基相移啁啾切趾光栅，为波长可控的耦合器、波长滤波器等的设计提供了理论依据。

在“人-网-物”三元互联时代，小数据业务在时域、频域和功率域三个方面不断占用着无线网络中大量不可再生的资源。文章在总结分析小数据的特征后，在时域方面，提出了一种利用“子制式载波”技术共享现有落后网络制式的方法，在同一频点的不同时间上，让小数据和这些落后的制式共同工作; 在频域方面，提出了现有几种频带共享方案的一些问题; 在功率域方面，指出了一个空闲能量因子，将因子和已知的选择算法相结合，使剩余功率也能成为网络资源优化选择的重要因素。