在强光照射下,光纤将展现与电场强度呈非线性关系的电极化强度。光纤非线性效应具有响应速度超快、能产生新频率成份、易控制等特点,在工程中广泛应用。本论文以优化并扩展光纤非线性现象应用为目标,分别研究了超连续谱产生,宽带光参量放大(FOPA),以及基于相位敏感放大的无线到光模拟信号转换三个课题。论文的主要工作如下：一、超连续谱产生及其中孤子色散波演化分析超连续谱光源在很宽频谱范围内提供了任意选择频率成份的方法,在光谱测量、脉冲压缩、设计可调谐飞秒激光器等领域有广泛的应用。为了揭示频率展宽的物理机制并精确预测光谱演化,人们进行了大量超连续产生仿真研究。与其它光纤非线性现象分析方法相似,这些工作大多忽略了自陡效应。本论文研究了自陡对超连续谱产生的影响,发现当孤子相关动力学在频谱展宽中占重要地位时,自陡将显著减小频谱宽度及总能量,增加分布在正常色散区的能量,具体影响随着频谱展宽程度的增加而增大。为了解释上述现象,论文单独研究了色散波产生以及孤子色散波捕获频移过程,这两个现象是超连续谱展谱的重要原因,也是产生可见光波段超短脉冲光源的潜力方案。色散波产生方面,发现自陡将增加色散波的能量,这是由于自陡减少孤子红移量从而增加扩展至正常色散区的能量造成的。孤子色散波捕获频移方面,首次提出自陡将增加蓝移色散波的能量并减少其频移量,产生这个现象的物理根源在于包含自陡效应的传输模型属于光子数守恒过程。给出了描述捕获过程中孤子、色散波频率及能量演化的解析表达式,通过与包括所有高阶非线性效应的仿真结果对比,证明了其准确性,这些公式对基于捕获频移的波长变换应用同样具有指导意义。二、FOPA增益带宽分析FOPA是通过四波混频将能量从泵浦转移至信号光及闲频光的过程,它具有高增益、相位共轭、增益带宽可控等优势,在光信号处理、光放大、脉冲产生等许多领域有重要的应用。本论文提出一个新的合成平坦、宽带参量放大增益谱的自由度：闲频光波段光纤分布式损耗。闲频光损耗能增加相位不匹配区的信号光增益,减小匹配区增益,从而等效增加参量放大相位失配容忍度。产生这个现象的原因在于：光纤损耗的引入破坏了信号光与闲频光间的能量平衡,影响决定能量转移方向的相对相位的演化,在相位不匹配时迫使相对相位不再快速震荡,阻止了能量回传过程。论文推导了包括闲频光损耗的小信号增益解析解,根据此公式能对任意色散进行损耗设计,得到超平坦且宽带的参量放大增益谱。通过理论与仿真分析,证明了损耗色散的引入不会影响泵浦至信号光能量转移效率。引入损耗色散的方案能与常规的色散管理方法结合,进一步增加FOPA增益带宽。三、基于相位敏感放大的从无线到光模拟信号转变光载无线被广泛认为是未来面向宽带射频信号接收处理的、低SWAP(体积、重量和功耗)代价的理想平台。无线到光模拟信号的转换是该平台的基础,却面临带宽与效率不可兼得的矛盾。论文提出利用相位敏感放大现象,结合光子的宽带特性,放大电光调制所产生的微弱光相位调制,实现从无线到光模拟信号转换增强。相位敏感放大是一类特殊的参量放大过程,它的增益随输入光相位变化而变化,能实现理想的“无噪声放大”功能,是近年来数字光通信领域的研究热点。论文首次提出将相位敏感放大应用至模拟光通信领域,给出了基于相位敏感放大的宽带从无线到光模拟信号转换的实现方案。不同于以往的相位敏感放大实现方式,此方案通过偏振控制加载相干波长组的相对相位,避免了不同光通路中光纤抖动产生的未知直流相对相位,系统更加稳定。为了在相同链路增益下获得更好的噪声系数,选用相位敏感放大的信号衰减区作为系统作用区。仿真表明：与传统基于干涉实现相幅变换的方式比较,此方案使等效半波电压降低一个数量级以上,具体效果受泵浦功率影响,泵浦功率越大,调制效率越高。