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高速光信号测量是保证超高速光通信网络可靠性的有效手段,由于电子瓶颈的存在,传统的电子仪器测量高速光信号有很大的局限性。光采样测量技术扩展了传统采样技术的带宽,是测量高速光信号的一种有效方法,光采样技术是高速光示波器、全光模数转换和高速光信号处理的关键技术。本文围绕基于光采样技术的高速光信号测量进行了深入研究。本文的主要工作有以下几点：1、概述了光采样技术的基本原理和实现方案。阐述了频差法光采样原理,分析对比了同步采样、异步采样和软件同步采样,讨论了光采样中的几个关键技术,介绍了采样脉冲源的选取原则、采样门的两种实现方法、时钟恢复和光电检测中需要注意的问题。2、建立了单端半导体光放大器的交叉增益(XGM)分段模型和四波混频(FWM)模型,在FWM模型中考虑了自由载流子吸收项,使之适用于增益较小或强短脉冲注入SOA的情况；对基于SOA-XGM和基于SOA-FWM的光采样门进行了模拟仿真,利用非线性效应中的逻辑“与”实现采样门；分析了输入光功率对SOA中交叉增益的影响及输入光信号脉冲宽度变化对SOA-FWM的全光逻辑与码型效应的影响,结果表明：脉宽占空比越大,码型效应越严重。3、对非线性光纤中的交叉相位调制(XPM)和四波混频(FWM)效应进行了理论研究,建立了基于FIBER-FWM和基于FIBER-XPM的光采样门仿真模型,讨论了两种采样门的仿真结果,分析了色散对交叉相位调制的影响和光纤色散系数、光纤长度等变化对采样结果的影响。4、分别采用同步和软件同步两种方案对10Gbit/s的光信号测量进行了数值分析,完成了光电检测部分的电路设计,完成了软同步算法设计,采用二进制树数据截断(BTDT)算法来实现时钟提取和眼图重建,最后分析了采样脉冲的时间抖动和脉冲宽度对采样结果的影响,并研究了抑制SOA-FWM中全光逻辑与码型效应的一种方法。