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光学任意波形产生器(OAWG)能够输出任意波形的超短光脉冲,是一种多功能超快调制器。OAWG突破了电子瓶颈对速度的制约,在激光技术、高速光通信以及微波光子学等领域都有着重要的应用价值。因此,本文首先提出了一种基于多波长半导体光纤环形腔激光器(SFRL)的光学任意波形产生器,并对其进行了深入地理论研究和性能分析。随着光学任意波形产生技术的飞速发展,对产生的光学任意波形进行准确地测量,进而提高产生的光学任意波形和目标光学任意波形的相似度至关重要,探索精确的光学任意波形测量技术、研制性能优良的光学任意波形测量装置迫在眉睫。因此,本文提出了一种基于单模光纤的交叉相位调制(XPM)型互相关频率分辨光学开关(X-FROG)光学任意波形测量方案,实现了对光学任意波形的幅度和相位的准确测量,并对其工作性能进行了深入的分析。具体内容如下:(1)阐述了光学任意波形产生及其测量技术的研究意义,综述了国内外光学任意波形产生及其测量技术的研究现状。(2)提出了一种新的基于多波长SFRL的光学任意波形产生方案。利用基于傅里叶变换的谱线逐行整形(line-by-line shaping)原理,考虑半导体光放大器(SOA)的材料增益谱分布、载流子和光场的纵向分布以及放大自发辐射(ASE)谱分布,结合单模光纤的模式耦合理论以及传输矩阵法,建立了完善的基于多波长SFRL的OAWG的宽带理论模型。(3)对基于多波长SFRL的光学任意波形产生器进行了数值模拟和性能研究。实现了周期性高斯脉冲、周期性三角脉冲以及周期性光学任意波形的产生,并研究了幅度控制、相位控制、谱线间隔、谱线数量和SOA注入电流对产生的光学任意波形相似度的影响。(4)提出了一种新的基于单模光纤的XPM型X-FROG光学任意波形测量方案。利用单模光纤的应力双折射和交叉相位调制效应,采用基于矩阵的主元素广义投影(PCGP)算法,建立了基于单模光纤的XPM型X-FROG光学任意波形测量的理论模型。(5)对基于单模光纤的XPM型X-FROG光学任意波形测量方案进行了仿真。实现了光学任意波形的准确测量,并研究了光纤长度、门脉冲形状以及门脉冲和待测光学任意波形相对强度对测量准确性的影响。