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高阶调制格式和基于DSP的相干接收技术,已经能够很好地补偿各种光纤的线性损伤,商用100G光纤传输系统己经显现出了明显的非线性损伤。随着信道容量的不断增加,调制格式阶数的不断增加,传输距离的不断增加,入纤功率的不断增加,信道间隔的不断减小,对于未来的400G或1T传输系统,非线性损伤将更加严重：(1)单信道传输速率越来越高,调制格式阶数越来越高,要求的OSNR就越来越大,提高OSNR,就要提高入纤功率。(2)超信道的应用,使得信道间隔越来越小,信道形式越来越多样灵活,信道的增加和间隔的减小也会使得总输入功率提升,造成非线性效应加剧。对非线性补偿方法的研究刻不容缓。最近,基于反向传输算法(BP)补偿非线性的研究如火如荼。它依据光在光纤中传输的非线性薛定谔方程或Manakov方程模型,对接收到的电信号进行反解,由此可以消除或缓解非线性对系统性能带来的恶劣影响。但其算法性能与复杂度之间存在着不可消除的矛盾。本文围绕高速光纤相干传输系统非线性损伤机理分析与补偿方法研究这一主题,对光纤的非线性特性及其影响进行理论分析,对BP算法补偿非线性及其复杂度的简化进行研究,具体工作如下：(1)从光纤非线性极化率出发,推导出描述信号在光纤中传播的非线性薛定谔方程与Manakov方程,并依据两种模型理论分析几种重要的非线性损伤形成原因及其对光纤传输系统影响。(2)阐述BP算法原理,并仿真PM-16QAM光纤传输系统,分析得到ADC采样率和迭代步长对补偿算法性能的影响,仿真结果表明：采样率越高,算法补偿性能越好,当达到8倍采样率时,性能提升效果不再明显；迭代步长越小,补偿效果越好,当步长达到10km时,性能提升效果不再明显。(3)仿真分析得到BP算法对非线性相位噪声补偿效果很差,并对此做了理论分析。为此采用加入滤波器的BP算法,并对采用的滤波器进行简化,当采用窗函数FIR滤波器替代理想的高斯滤波器时,可以实现全时域补偿色散与非线性损伤,减少FFT变换次数,可以大大简化计算复杂度。对搭建的单信道PM-QPSK和多信道PM-16QAM实验系统分析得到,采用频域响应类似高斯分布的FIR滤波器,仅仅几个抽头就可达到很好的补偿效果：相比于线性补偿,可以提高入纤功率阂值2dBm,将BER降低至1e-3以下。实验还发现,减小光纤链路损耗,可以进一步提高算法性能。此外,非线性补偿后得到的OSNR监测范围较补偿前增大了4-5dB。算法结果还验证了非线性相位噪声不再符合高斯分布,也从侧面验证了提出算法的有效性。