通信技术的发展促进了云计算,物联网,车联网以及虚拟现实等新兴技术的出现。不断涌现的新兴业务所产生的数据流量每年以指数级的速度快速增长,对现存的网络容量与通讯设备造成了极大的挑战。光纤通信天然具有低成本、大带宽、大容量的特性,是整个高速信息传输系统的主要载体,是现代信息技术得以高速发展的基石,其应用主体已经从电信运营商的中心机房转向数据中心。未来数据中心的发展建设需要满足低能耗与超大规模的数据处理需求。从数据中心光互联应用角度来看,强度调制直接探测（Intensity Modulation and Direct-Detection,IM/DD）系统的低成本、低功耗特性使得大规模高速数据中心之间的光互联成为可能。论文基于IM/DD技术对数据中心之间光互联的高速光传输系统开展了系列研究。致力于实现低成本、低功耗、大容量的面向城域数据中心之间光互联的高速光纤传输系统。论文的主要工作和创新点如下:1.基于双臂马赫曾德尔调制器（Dual-Drive Mach-Zehnder Modulator,DDMZM）的光单边带传输技术研究为了克服传统光双边带传输系统中光纤色散引入的频率选择性功率衰落,确立了基于DDMZM的光单边带（Single Side-Band,SSB）传输直接探测系统,提出了相位旋转与希尔伯特叠加消除（Hilbert Superposition Cancellation,HSC）结构的一阶干扰消除技术,并在HSC结构的基础上提出了改进的单步线性滤波器消除直接探测引入的信号与信号之间的拍频干扰（Signal-to-Signal Beating Interference,SSBI）。通过搭建实验平台,结合提出的干扰消除技术,实现了25 Gbit/s的4电平脉冲幅度调制（Four-Level Pulse Amplitude Modulation,PAM-4）信号在300 km的标准单模光纤（Standard Single-Mode Fiber,SSMF）上的传输,验证了基于DDMZM的光SSB传输系统在城域数据中心之间光互联的可行性。2.光SSB传输系统的信道均衡算法研究在IM/DD光SSB传输系统中,信号经过光纤传输后相邻符号之间的相关性会增强,加重对SSBI的影响。论文提出了基于前向反馈均衡器与沃尔泰拉滤波器（Volterra Filter,VF）的加强型混合均衡器对接收信号进行干扰消除,减轻相邻符号之间的线性与非线性干扰。所提出的加强型混合均衡器既降低了接收机计算复杂度,又保证了系统的高性能。通过搭建实验平台进行验证,采用提出的加强型混合均衡器实现了102.4 Gbit/s的PAM-4信号在240 km SSMF上的传输。3.基于DD-KK接收机的城域光传输系统研究研究基于克拉默斯-可勒尼希（Kramers-Kronig,KK）接收机的城域光传输系统,提出了基于数字虚载波插入的简化DD-KK接收机恢复SSB信号相位,从根本上消除SSBI。结合提出的简化DD-KK接收机,通过搭建实验平台验证,实现了102.4 Gbit/s光单边带PAM-4信号800 km的光纤传输。同时,对KK接收机中的色散补偿问题进行研究,色散补偿函数,激光器线宽与光纤色散的相互作用会产生加强型相位噪声。激光器线宽与光纤色散在平方律探测下又会产生相位转强度噪声。分别从理论与仿真的角度系统地分析了色散预、后补偿下的均衡器加强型相位噪声与相位转强度噪声对系统性能的影响,对研究IM/DD系统中激光器线宽需求具有参考意义。4.偏移载波PDM-Twin-SSB城域光传输系统研究论文最后开展了基于多维复用的高速大容量光传输系统研究,面向400G数据中心光互联应用,提出了偏移载波偏振复用（Polarization Division Multiplexing,PDM）孪生单边带（Twin-SSB）光传输系统,并提出了对应的简化多输入多输出（Multiple Input Multiple Output,MIMO）VF均衡算法以消除偏振与边带串扰。通过搭建实验平台,实现了409.6 Gbit/s的PAM-4信号在80 km SSMF上的传输,所提出的简化MIMO-VF算法降低了57.9%的接收机计算复杂度,验证了所提出的偏移载波PDM-Twin-SSB传输系统与简化MIMO-VF算法的有效性。