在骨干网速率由10Gbit/s向40Gbit/s、100Gbit/s升级的过程中，与光的偏振态有关的信号损伤不能被继续忽略，人们对光纤传输系统中偏振管理的需求日益提高。偏振态的控制与检测应用于多种场合，最初的应用是在相干光通信中，目前，光纤传输系统中偏振态的控制和实时监测技术正在朝着高速和实用化的方向发展。在提高系统传输容量的过程中，频谱效率一直都是研究人员关注的重点。偏振复用提供了一种无需对现有光纤链路做出任何改变即可将传输容量加倍的可能，但光信号在光纤中传输时，由于光纤受到挤压、扭曲等原因，光纤内部应力不均，从而产生随机双折射，导致光纤中光信号的偏振态始终在随机变化。如何跟踪光信号偏振态的变化，从而将正交的两个偏振态分开是偏振复用解复用技术的核心问题。本论文阐述了光信号偏振态的基本理论，分析了偏振控制器的工作原理，详细介绍了一套完整的偏振实验平台的架构及各功能模块，实现了对光信号偏振态的精确控制和检测。此外，仿真分析了三种不同的偏分复用系统解复用方案，并通过实验验证了基于光功率差法的偏分复用系统光域直接解复用方案。论文主要工作如下：　　 (1)介绍了光信号的偏振理论，包括偏振光的几种描述方式，偏振器件的数学模型，偏振控制器的工作原理。介绍了偏分复用系统，从直接接收和相干接收两种方式分析了解复用方案。　　 (2)理论仿真了偏振态控制及偏振态检测模块，详细描述了偏振控制平台逻辑控制单元所采用的控制算法，搭建仿真平台，通过仿真比较了几种偏分复用系统解复用方案的优势与局限性。　　 (3)搭建了基于DSP的偏振实验平台，其中偏振控制模块能够实现对输入光信号偏振态的快速变换，单次动作平均响应时间小于2μs。在该平台上完成了20-Gb/s PDM-NRZ-OOK系统的直接解复用实验及40-Gb/s PDM-RZ-DQPSK系统的直接解复用实验。　　 (4)介绍了偏振检测的基本理论，并介绍了校准检偏器的方法，提出一种基于向量投影算法的检偏模块校准矩阵的快速标定方法，克服了原有标定方法的不足，有效提高了计算效率。