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传输与交换是通信领域两大永恒的主题,本论文在这两个领域内分别进行了高速光传输和全光信号处理两方面的研究,主要包括以下内容:首次提出了利用大信号直调激光器和相位调制器级联,先进行啁啾管理,然后再进行啁啾压缩得到短脉冲的方法。在此基础上,再利用孤子压缩技术,最终得到了高稳定的84-fs时间抖动的1.6 ps短脉冲。分析了不同实验参数对40 GHz单片集成半导体锁模激光二极管(MLLD)线宽的影响,并首次通过实验得出了半导体锁模激光器线宽对DQPSK调制格式的影响。针对100 G以太网传输技术,分别进行了107 Gb/s RZ-DPSK信号在320公里光纤上的传输实验和107 Gb/s RZ-DQPSK信号在480公里光纤上的传输实验。此外,首次进行了1 Tb/s PM-RZ-DQPSK信号在480公里光纤上的传输实验。在基于周期性极化铌酸锂(PPLN)的全光信号处理技术中,我们利用PPLN波导中级联的倍频效应(SHG)和差频效应(DFG),进行了全光波长变换(AOWC)的研究,包括:首次实现偏振不敏感的320 Gb/s RZ-DQPSK全光波长变换,偏振不敏感320 Gb/s RZ-DQPSK全光波长变换的320公里传输实验,单信道535 Gb/s RZ-DQPSK及1.07 Tbit/s PM-RZ-DQPSK全光波长变换实验。利用中途谱反转技术(即光相位共轭)实现了160 Gb/s RZ-DQPSK信号在110公里普通单模光纤上的无色散补偿传输。此外,利用基于PPLN的波长变换,分别实现了40 Gb/s RZ-OOK信号的1×4的WDM广播和1×3的WDM组播。通过80 Gb/s RZ-DQPSK信号和40 Gb/s RZ-OOK信号同时波长变换的实验,证明了基于PPLN的波长变换对数据信号的透明性。在基于PPLN的光开关实验中,在牺牲转换效率的前提下,当控制光脉冲宽度为1.4 ps时,在新产生的波长上得到了1.46 ps的开关窗口。此外,基于偏振不敏感PPLN子系统,实现了“一控三”的多波长光控光开关。在基于半导体光放大器(SOA)的全光信号处理技术中,利用SOA中的交叉增益调制和交叉相位调制,完成了40 Gb/s的全光串并转换实验;基于SOA中的四波混频效应,实现了107 Gb/s RZ-DQPSK信号全光波长变换,并利用中途谱反转技术,实现了107 Gb/s RZ-DQPSK信号在108公里单模光纤上的传输。在基于高非线性光纤(HNLF)的全光信号处理技术的研究中,我们利用参量放大的原理,实现了53.5 Gb/s DPSK信号的参量波长变换,在对DPSK信号的波长变换过程中,同时实现了幅度再生功能。