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光接入网是以光纤为主要传输媒质的宽带接入网,人们期望下一代光接入网的主要特点是带宽更大,资源利用率更高,覆盖范围更广,业务种类更多,接入方式更灵活,兼容性更好,能效更高等。将波分复用(WDM)技术与无源光网络(PON)技术相结合的波分复用无源光网络(WDM-PON)技术具有带宽大、便于升级、对协议和速率透明等优点,因此成为下一代光接入网的研究热点之一。目前,WDM-PON物理层存在一些关键问题尚待解决,如光网络单元(ONU)波长自适应问题、上行带宽较小的问题以及WDM-PON如何与光载射频(RoF)技术融合的问题等。论文围绕WDM-PON的上述关键问题,结合作者所参加的两项国家自然科学基金项目而展开,采用基于半导体光放大器(SOA)和反射式半导体光放大器(RSOA)的光信号处理技术,提出了WDM-PON中若干关键问题的解决方案,并进行了理论分析及实验验证。论文的主要创新工作如下：1、针对传统RSOA理论模型的不足,建立了一种既考虑ASE噪声又体现双向光信号相互干扰的RSOA理论模型,并根据实测数据修正了该模型,为基于RSOA的无色ONU的研究提供了理论依据。2、为了解决RSOA调制带宽较小的问题,提出了一种通过调整RSOA有源区物理参数来提高其3-dB带宽的方案。仿真结果表明,合理地调整有源区的尺寸、增益限制因子、注入电流密度和工作温度等,可使RSOA的3-dB带宽增大到～10GHz,能够支持10Gbps的上行传输。3、基于RSOA的无色ONU方案往往因调制带宽小而限制了WDM-PON的上行速率,针对该问题,提出了一种利用马赫-增德尔干涉仪(MZI)提升上行速率的方案。仿真结果表明：MZI作为光偏移滤波器可弥补RSOA对高速信号响应不足的问题,进而提升上行速率。合理设置MZI双臂的延时差和相位差可使上行支持～10Gbps的数据传输。4、提出了一种RSOA与光纤布拉格光栅(FBG)相结合的无色ONU方案,使ONU既具有波长自适应性又无需外加种子光。实验结果表明：该方案可实现2.5Gbps的上行数据在普通单模光纤(SMF)传输30km。5、提出了一种基于SOA中非简并四波混频(ND-FWM)效应的光生毫米波方案,可应用于WDM-PON与RoF技术融合的下一代光接入网。仿真结果表明,该方案能够将基带的非归零码(NRZ)信号、归零码(RZ)信号和中频正交频分复用(OFDM)信号转化为30GHz-60GHz的毫米波信号。