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全光波长转换是未来高速大容量光通信系统中的关键技术之一。差分相移键控(DPSK)调制格式在传输时具有优越的性能,对其进行波长转换研究具有重要的意义。由于基于周期极化铌酸锂(PPLN)光波导的全光波长转换技术具有对信号比特率和调制形式完全透明、极低的噪声指数等独特优点,本论文围绕PPLN光波导的二阶级联非线性效应对DPSK信号的波长转换性能开展了理论和实验研究,主要内容有:(1)阐述了全光波长转换以及DPSK信号在未来光通信系统中的重要地位与作用,介绍了实现DPSK信号波长转换的方法和国内外研究现状。(2)从级联倍频与差频(cSHG/DFG)和级联和频与差频(cSFG/DFG)效应的非线性理论出发,分成四种组合方案阐明了DPSK信号波长转换的物理机制和原理。根据修正的耦合波方程组,从光谱、光功率和相位时域波形以及解调波形与眼图等,对四种方案的DPSK信号波长转换过程进行了数值计算、分析和比较,研究了波导长度、走离效应对波长转换性能的影响。(3)实验研究了基于PPLN光波导cSHG/DFG和cSFG/DFG的40Gbit/s DPSK信号的波长转换,并利用40G光纤延时干涉仪进行了解调。测试和分析了闲频光光谱、解调前后的信号光和闲频光时域波形,验证了理论和数值模拟的结论。(4)高调制速率下DPSK信号光谱较宽与信号光带宽较窄的矛盾,导致闲频光光谱压缩脉冲展宽和闲频光相位噪声,针对此问题,提出与论证了一种简单有效的使用啁啾波导结构的方法来提高信号光带宽和调谐曲线平坦性,改善闲频光光谱性能和相位噪声。