随着光纤通信技术的不断发展，单模光纤通信系统的传输容量不断增加，已逐渐接近非线性香农极限，未来将会出现单模光纤“容量紧缩”瓶颈。为了应对即将出现的传输容量瓶颈，满足日益增长的通信带宽需求，人们开始对信号的空间维度探索。基于少模光纤的模分复用传输系统利用少模光纤中各个模式间的正交性，将每个模式作为独立信道开展信号传输，在接收端利用多输入多输出(Multi-Input Multi-Output，MIMO)信号均衡技术来消除模式信道产生的模式耦合和串扰。传统的MIMO数字信号处理是将接收到的光信号进行光电转换，再采用数字信号处理技术来恢复出发送信号。近年来，出现了一种全光MIMO信号处理的概念，即在接收端不进行光电信号转换，使用全光信号处理技术完成模式解复用及串扰抑制。这种方法具有低功耗，便于集成的优点。论文重点分析全光MIMO模式解复用技术，对MIMO信号采集技术进行详细的介绍，使用矩阵分析方法对全光MIMO信号处理技术开展理论分析和设计优化。　　论文主要研究内容包括：　　(1)针对模分复用传输系统对MIMO信号处理的要求，分析比较传统MIMO信号处理技术和全光MIMO信号处理技术的优缺点，以光采样结构设计开展全光MIMO信号采集研究。　　(2)针对全光MIMO信号处理中的光采样耦合器结构进行优化设计，以信道矩阵条件数作为优化条件，在三个采样点的情况下将其模式相关损耗优化到0.03dB，插入损耗优化到1.9dB。　　(3)进一步降低光采样耦合器的插入损耗，提出增加采样点数目的新思路，优化后可将模式相关损耗降为0.04dB，插入损耗降低为1.56dB。研究发现，尽管增加采样点的数目可降低插入损耗，在少模光纤及采样点的几何限制下，存在最优采样点数目。