本论文对光分组网的关键技术进行了前瞻性、探索性的理论研究,内容集中在该研究领域正重点实现的高速交换矩阵结构、高速光缓存、超高速全光波长转换和超高速全光逻辑器件等难题上。主要工作分为如下(划线部分为创新点): 第一部分:光分组交换节点结构及串扰分析(1) 首次分析了线性同波长串扰对光分组交换节点性能的影响,讨论了串扰与光器件隔离度、信号消光比、光分组长度之间的关系,研究了串扰带给网络负荷、光分组误码率、节点容量和级联能力的限制; (2) 提出了光分组通道等效串扰系数法,用于光分组网及其他光网络的串扰分析;计算出最坏条件假设下所允许的光分组通道等效串扰系数的最大值; 第二部分:高速光缓存技术的研究(3) 初步探讨了在分组长度可变情况下的输出端光缓存方案及参数设计,比较了缓存深度、时延单位和负荷强度对光分组丢失率的影响; (4) 初步研究了配有优先权机制的光突发交换中输出光缓存的性能,建立了网络模型和排队模型,讨论了各个级别突发包的排队延时、丢失率与波长数、缓存单位和深度、负荷强度及其比例的关系; (5) 提出了一种在反馈式光缓存中实现优先权机制的方案,首次运用休假排队理论来研究光缓存问题,以节点中的光分组数为研究对象构造出嵌入式马氏链,进而建立了带有门限服务规则的多重休假排队模型;通过数值分析和网络仿真验证了休假排队模型的有效性,并分析了反馈式光缓存中优先权机制的性能; 第三部分:超高速波长转换单元的研究(6) 提出了基于非线性光环路镜的超高速波长转换器改进方案,分析了群速度色散和走离等效应对非线性光环路镜波长转换器性能的影响,设计由双相移光纤布拉格光栅构成的带通光滤波器,消除有害频率分量进而改善了转换后的波形; 第四部分:全光信号处理技术的研究(7) 首次较深入地分析了两种超高速全光异或门工作的性能,并通过数值仿真优化了SOA 参数和光脉冲参数,提出了设计超高速全光异或门的若干规则和关键参数的取值范围; (8) 提出了一种在光分组网中实现分组级自同步的方案,通过理论分析和数值仿真初步验证了该方案的可行性;并分析了不同的载流子寿命、脉冲能量、宽度和形状对脉冲啁啾、相移、以及输出消光比的影响。