近十年来,随着互联网发展的不断加速,全球宽带业务的流量迅速增长,诸如短视频、小视频、网络直播等业务如雨后春笋般出现;随着人工智能逐渐成为当前研究热点,对云计算、大数据等相应技术的需求也越来越大;最近几年,5G技术提出并且离商用越来越近,对于5G承载需求的关注日益增长,以上种种现象都表明,人们对网络的需求不仅是带宽的增加,而且对于时延及精度的方面也有一定要求。目前该领域的研究基本集中在单根光纤实现Tb/s或者Pb/s传输系统。为了实现高速率、大容量的传输,光纤通信系统常使用波分复用技术,而波分复用技术的关键在于发射端的多波长光源。可以利用多个不同波长的激光器作为光纤通信系统的光源,但是这种方案不仅增加了成本,而且难以部署,实用性下降。目前基于相位、强度调制器、循环频移器的多载波产生方案已经有多研究成果,但是往往存在驱动电压高,载波平坦度低,产生效率低等问题,因此研究低成本、高效率的多载波产生方案及应用具有重要研究意义。针对以上的问题,本文首先研究了多载波光源的研究背景、意义及发展现状;随后分析了多载波光源系统中主要器件的原理,例如相位调制器、马赫曾德调制器、光放大器等;接着提出了两种新型的多载波光源生成系统,包括产生原理及实现方案,在原理分析的基础上进行了性能仿真;最后研究了多载波在偏振模色散监测方面的应用。本论文主要研究工作如下:(l)分析了多载波光源的优势及国内外发展现状,理论研究了电光效应及多载波光源系统中各器件工作原理,例如相位调制器,强度调制器等,给出了相应的数学模型,为提出多载波光源方案奠定理论基础。(2)提出了一种基于双平行马赫曾德调制器的双边带多载波光源,进行了理论推导,并建立了数学模型。分析了小信号条件及大信号条件下的载波频移,进行了理想条件下的仿真,在循环30次的情况下,获得了载波数目为60、平坦度为0.6026dB的子载波。在循环50次的情况下,获得了载波数目为100、平坦度为0.7769dB的子载波。在循环100次的情况下,获得了载波数目为200,平坦度为1.148dB的子载波。同时分析了EDFA引入的噪声对输出载波载噪比的影响,进行了仿真,与理想条件下的输出载波相比,当载波数目为50时,在引入噪声情况下的输出载波载噪比要低约5dB。(3)提出一种基于双驱动马赫曾德调制器(DE-MZM)的频率锁定多载波发生器,该方案仅需要一个马赫曾德调制器及一个相位调制器即可产生循环频移载波,对此方案进行理论分析及数学推导,进行了理想条件下的仿真,循环30次的情况下,获得了载波数目为30、平坦度为2.4dB的子载波。循环50次的情况下,获得了载波数目为50、平坦度为4.8dB的子载波。(4)提出了一种基于多载波及半导体光放大器的交叉增益调制(SOA-XGM)的偏振模色散(PMD)监测方案,分析了PMD对信号的影响,研究了基于SOA的波长转换原理,给出了PMD监测系统的结构并利用Optisystem软件进行了仿真。对于10Gbits/s NRZ-4QAM的信号,其PMD监测范围可达l00ps,并且分析了累积色散对监测精度的影响,累积色散在200ps以内时,其动态监测范围约为2dB。