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随着光纤通信的发展,传统的基于光-电-光转换的光中继器已经不能满足更高速的信息处理需求,全光再生技术已成为信息处理的重点研究方向之一。尤其是,以PAM（pulse amplitude modulation）和QAM（quadrature amplitude modulation）等为代表的高阶调制格式的全光再生越来越受到关注。本文主要研究全光PAM信号再生技术,提出级联马赫-曾德尔干涉仪（Mach-Zehnder interferometer,MZI）和反射式MZI两种方案,并对全光PAM再生器的可集成性进行了分析。论文的主要工作内容和创新如下:1.总结了单级MZI结构的多电平再生特点,分析了结构参数对再生性能的影响,并通过极小值法优化单级MZI结构的再生参数。在此基础上,提出了级联MZI全光PAM再生器方案,研究了两级之间的功率匹配关系。通过优化两级结构的耦合系数和第二级高非线性光纤长度,获得了可极大优于单级MZI结构的再生性能。2.提出了反射式MZI全光PAM再生方案,通过非互易移相器补偿交叉相位调制对再生性能的影响,给出了确定可再生工作电平范围和工作点的方法,并获得了与级联MZI结构几乎相同的再生效果。与单级MZI结构相比,反射式MZI全光PAM再生方案的信噪比提升更大,高出单级MZI结构3.28dB。研究表明,当PAM信号的信噪比大于20dB时,全光再生器可实现无误码的传输处理。3.研究了全光PAM再生器的可集成性,分析了硅波导材料中双光子吸收（two photon absorption,TPA）效应对功率转移函数（power transfer function,PTF）的影响。针对自相位调制（self-phase modulation,SPM）和交叉相位调制（cross-phase modulation,XPM）两种再生原理,讨论了TPA效应对导波光场幅度和非线性相移的限制。通过对几种可选光波导材料的分析表明,Si7 N3材料具有可集成性,并对相应的集成方案进行了仿真设计。