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随着人们对信息需求的快速增长,现代光传输网络正朝着超高速、超大容量和超长距离传输的方向发展。新型调制格式信号由于具有高频谱效率和较强的色散和非线性抗性,已经被广泛应用在传输网络中来进一步提高单个信道信号的比特速率和传输距离。各种复用技术也已经被广泛应用在传输网络中来进一步地提高信道数,从而增大传输容量。另一方面,为了确保每个网络中能够长距离地传输最合适的码型信号,网络节点必须具备全光码型转换和信号再生的功能。所以,各种复用方式的新型调制格式信号的全光并行码型转换和再生的研究对于光通信网络的意义重大。本论文在国家973计划和国家自然科学基金项目的资助下,理论模拟研究了波分复用(WDM)信号以及偏振复用(PDM)信号在半导体光放大器(SOA)中并行信号处理时引入的串扰情况,并分析了减小并行信号处理过程中引入的串扰的方法。在此基础上利用SOA中的交叉相位调制(XPM)效应和增益饱和效应实现了WDM和PDM的新型调制格式信号的全光并行低串扰码型转换和信号再生。概括全文,主要研究成果和学术贡献有如下几个方面：(1)总结了偏振光的基本理论知识和几种描述光偏振态的方法,归纳了偏振复用和解复用的方法。在此基础上分析了偏振复用信号解复用时的串扰情况,为后面说明PDM信号并行处理过程中的串扰问题打下基础。详细分析了两种相位调制格式信号的调制产生和解调的方法,并比较说明了不同信号的特点。分析了SOA中的多种非线性效应。(2)利用量子阱SOA模型模拟了不同情况下非归零(NRZ)到归零(RZ)信号码型转换的效果和串扰情况,解释了转换过程中减小串扰的机理和方法,用实验实现了的低串扰的多信道NRZ开关键控(OOK)到RZ-OOK信号以及多信道NRZ正交相移键控(QPSK)到RZ-QPSK信号的并行码型转换。从理论上解释了多信道RZ-QPSK到NRZ-QPSK信号码型转换的原理,并模拟了不同占空比的多信道RZ-QPSK到NRZ-QPSK信号转换的过程,分析了窄带滤波器对转换后信号幅度抖动的影响,最后用实验实现了多信道RZ-QPSK信号到NRZ-QPSK信号的并行码型转换。(3)利用SOA模型模拟了信号经过SOA后经纬度的变化,直观地说明了SOA中的偏振旋转效应。分析了两个偏振态正交的信号在不同的泵浦光功率下通过不同偏振相关增益的SOA后的偏振正交性的变化情况,从模拟结果中得出减小偏振态正交性变化量的方法,归纳出了减小PDM信号并行处理过程中引入的串扰的方法,并用实验验证了模拟的结果。在此基础上,利用单个SOA和延时干涉仪(DI)实现了总速率为800Gb/s的WDM-PDM-NRZ-QPSK信号到WDM-PDM-RZ-QPSK信号的全光并行低串扰的码型转换。(4)利用SOA中的增益饱和效应实现了偏振复用的RZ二进制相移键控(BPSK)信号的并行幅度再生,通过优化信号的入射偏振态减小了并行幅度再生过程中引入的信道间串扰,并研究了幅度再生过程中减小自相位调制(SPM)效应引入相位噪声的方法。接着利用两个串联的SOA和DI实现了NRZ-BPSK信号的幅度再生。(5)利用SOA中的XPM效应,实现了NRZ-OOK信号到NRZ-BPSK信号的码型转换。利用检偏器对信号偏振态的处理减小了转换过程中交叉增益调制(XGM)效应引入的幅度抖动,得到了幅度均衡的NRZ-BPSK信号。在码型转换的过程中,同时还实现了高消光比的波长转换功能。