随着科学技术的发展,传统的电通信方式在数据容量和速度方面已经无法满足人们的需求。研究者期待出现超大带宽,更高光谱效率和高阶调制格式的光通信系统,基于相敏参量放大的全光信号处理技术正好解决了这些问题。相敏参量放大器（phase sensitive amplifier,PSA）可广泛用于低噪声放大和波长转换,甚至更高阶调制格式信号再生。硅基波导具有良好的模场限制功能和极大的非线性系数,能与各种新型材料组合,是实现PSA最常用的平台。本文的主要工作是基于硅氧化石墨烯混合波导的PSA实现高阶调制格式信号的全光相位再生,研究内容包括:1.介绍了硅波导在国内外的研究进展,PSA的研究背景以及国内外的一些重大研究现状,光波在硅基波导中传输时存在的非线性光学效应原理及应用。2.从光波在波导中传输的麦克斯韦方程组出发推导出光波通用的传输方程,即非线性薛定谔方程。重点阐述了两种工作在不同工作模式下的四波混频PSA模型以及相应的耦合波计算公式和应用研究。3.利用高非线性材料氧化石墨烯、硅、二氧化硅和有机树脂NOA-65 UV材料设计了一种新型的槽型硅氧化石墨烯混合波导。通过优化波导结构,得到混合波导的非线性系数为10⁶W^-1m^-1,且在1340nm到1780nm波长范围内二阶色散平坦,波导长度仅为35μm,满足集成光学的要求。利用PSA实现了正交相移键控（quadrature phase shift keying,QPSK）信号的相位再生,通过QPSK信号的星座图和误差向量幅度（the error vector magnitude,EVM）定量地评估了PSA的再生性能。4.利用高非线性材料氧化石墨烯、硅、二氧化硅和有机化合物PMMA材料设计了缝隙硅氧化石墨烯混合波导。分析了光在波导中传输时的模场分布,通过优化波导结构,实现了在1320-1850nm波长范围内色散平坦且波导长度仅仅为55μm。求解耦合波方程,得到了在不同泵浦功率下的相位幅值增益函数和相位传递函数,结果表明当泵浦功率为50m W时,信号的峰值增益达到25d B。基于硅氧化石墨烯混合波导PSA实现了星型正交振幅调制（quadrature amplitude modulation,QAM）信号的相位再生,通过Star-8QAM信号的星座图、EVM和光信噪比（optical signal-to-noise ratio,OSNR）定量地评估了PSA的相位再生能力。