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随着远程教育、视频会议和交互式游戏等现代高宽带网络业务的发展普及以及未来物联网、大数据分析的规划设想,人们对光纤通信传输系统中信号传输速率和传输距离提出了更高的要求。高级调制格式和多维复用技术的高速率光纤通信系统是未来通信的发展趋势,但其对光纤链路内的色散和非线性损伤十分敏感,人们迫切需求精确监测和补偿信道内的色散和非线性效应的影响。因此,本论文重点研究了高速光纤通信系统中的色散和非线性效应的原理,并提出了快速灵活的链路色散和非线性损伤监测方案,同时搭建了系统进行仿真实验验证。本论文首先详细阐述了光纤信道内色度色散(Chromatic Dispersion,CD)和包括自相位调制(Self-phase Modulation,SPM)、交叉相位调制(Cross-phase Modulation,XPM)和四波混频(Four-wave Mixing,FWM)的非线性效应的产生机理以及其对光纤信道的作用,为以后章节的光纤色散和非线性损伤监测提供了理论基础。然后,针对链路内的色度色散损伤问题,本论文创新提出了一种基于射频信号二阶零功率点的光纤链路色散测量技术,并基于Matlab和Optisystem软件搭建了仿真平台。仿真验证结果表明,该方案能实现光纤链路大色散1750 ps/nm的精确测量,色散测量精度可控制在ps/nm范围内,能够满足长距离高速率大色光传输链路的要求。最后,本论文具体研究了光纤链路内的非线性损伤问题:一方面,本论文提出了幅度调制/直接接收(Intensity Modulation/Direct Detect,IM/DD)光通信系统内XPM效应的监测方案。采用非线性薛定谔方程分析了光纤链路内的XPM效应对信道内光信号幅度的作用,并采用VPI软件模拟仿真搭建了IM/DD光通信系统非线性效应监测平台,得出了探测信号的归一化XPM函数的变化趋势。另一方面,本论文提出了一种针对160 Gb/s PDM-4QAM调制系统的信道非线性噪声测量方案,在获取信道非线性相位噪声的基础上,进行了光纤链路的非线性损伤补偿仿真实验。实验结果表明,基于该方案的信道非线性相位噪声补偿能够使得光纤链路内最佳入纤功率提高3.5dB。