当今通信网络有两个主要发展方向,一个方向是光纤无线融合。光载无线通信(radio-over-nber,ROF)系统是未来宽带无线接入的关键技术之一。本文针对ROF系统中的关键技术以及系统的偏振敏感特性进行了研究,提出利用四波混频(FWM)效应来实现系统的偏振不敏感。另一个发展方向是全光网络,全光波长变换技术(AOWC)是全光网络中的关键技术之一,可以有效解决波长争用问题。将正交频分复用信号(OFDM)信号应用在光通信中在一定程度上可以抵抗色散和偏振模色散的影响,偏振复用信号可以调高系统的通信容量。因此,本文开展了利用四波混频的全光波长变换实现方式,对OFDM信号及偏振复用信号的全光波长变换进行研究。本论文对四波混频效应在ROF系统与全光波长变换中的应用开展了理论与实验性的研究,对未来光通信网的发展具有重要的理论意义与实用价值。本论文获得主要成果如下：第一、提出了一种利用多个级联强度调制器产生高倍频毫米波的方案,理论发现了这种系统产生毫米波的规律,依据此规律实验实现了采用两个调制器级联产生四倍频毫米波的ROF系统。我们发现当有n个级联外部调制器时,通过调节每个外部调制器之间相位关系以及射频信号驱动频率ωe,我们可以在最后一个外部调制器输出端得到频率为2nωe毫米波。我们验证了在消光比无穷大和消光比有限两种情况下的系统。利用这个规律,我们实验上利用三个级联的外部调制器得到高达八倍频的光毫米波。我们还实验搭建了利用一个集成外部调制器实现ROF-WDM-PON系统的三重服务平台。第二,提出并实现了利用SOA中的四波混频效应来实现偏振不敏感的高倍频光载毫米波的ROF系统。我们提出在ROF系统中,分别采用奇数边带抑制方法和载波抑制方法产生的两个边带,作为四波混频效应的双泵浦光,由于这两个泵浦光都来自同一个光源,其偏振方向相同,相位锁定,所以两个泵浦光是平行的。由于基于FWM平行泵浦的全光波长变换系统是偏振不敏感的,因此将此原理应用在ROF系统中可以实现偏振不敏感的ROF系统,这样可以降低传统ROF系统中需要使用过多偏振控制器来控制毫米波传输方向的系统复杂度。两种方案的接收端功率代价很小,因此,将基于FWM的全光波长变换技术应用在ROF系统中,实现偏振不敏感的ROF系统是一种有效可行的方法。第三,理论与实验研究了基于四波混频效应的OFDM信号的全光波长变换系统。理论与实验验证了基于四波混频效应的单泵浦,平行泵浦,垂直泵浦三种结构的OFDM信号的全光波长变换系统,得到了基于单泵浦结构的OFDM信号全光波长变换系统是偏振敏感的,而且若要得到转换光上携带的OFDM信号,需要取靠近原始信号光频率的转换光,且得到的OFDM信号的频谱反相。基于双泵浦结构的OFDM信号全光波长变换系统是偏振不敏感的。并分析了系统中若干因素对系统转换效率的影响。第四,理论与实验研究了基于四波混频效应的偏振复用信号的全光波长变换,推导了转换后可以无串扰接收偏振复用信号的条件。理论与实验研究了在高非线性光纤中基于FWM的偏振复用信号的全光波长变换系统。在基于平行泵浦结构中,我们采用两种不同的偏振方向坐标系,得到的结论是一致的,得到在接收端可以无串扰接收偏振复用信号的条件。此外,理论分析了基于FWM的偏振复用信号在SOA中的全光波长变换系统,推导出无串扰接收偏振复用信号的条件以及影响系统转换效率的因素。