The global traffic is experiencing an exponential growth posing severe challenges to the communication networks in terms of capacity. As a future-proof technology fiber communication is widely implemented in different network segments, which can be categorized by transmission distance as long-haul and short-reach. This thesis focuses on the short-reach communication networks including fiber access network connecting the end users to the metro/core networks that covering tens of kilometers and optical datacenter network handling the traffic within the datacenter with distance up to a few kilometers. For fiber access networks, wavelength division multiplexing passive optical networks (WDM-PONs) assign a dedicated wavelength channel to each user guaranteeing high data rate. Dense channels enlarges the user count but makes the signals vulnerable to the wavelength drift. In this regard we propose two schemes based on optical frequency comb technique to generate stable carriers for WDM-PONs. Meanwhile, radio-over-fiber techniques allows the transmission of radio signals between central offices and the cells. Millimeter wave (MMW) over fiber, on the other hand, offer high bandwidth for future high capacity mobile access. We propose and experimentally demonstrate a palm-shaped spectrum generation where the high-power central carrier can be used for upstream transmission while multiple MMW bands are capable of transmitting different downstream data simultaneously. Regarding optical datacenter networks, passive optical interconnects (POIs) have been proposed as an energy-efficient solution since only passive optical components are used for server interconnection. However, the high insertion loss may result in a scalability problem. We develop a methodology that considers various physical-layer aspects, e.g., receiver types, modulation formats, to quantify the scalability of POIs. Both theoretical analyses and experimental measurements have been performed to assess the scalability of various coupler-based POIs. / Den globala datatrafiken växer exponentiellt, både på grund av nya bandbreddskrävande applikationer och ökningen av antalet användare. Detta innebär en utmaning för kommunikationsnätens kapacitet. Fiberoptisk kommunikation är en framtidssäker teknik för att möta detta kapacitetsbehov och används redan i stor utsträckning i olika delar av näten. Beroende på överföringsavstånd, kan fibernät kategoriseras som långdistansnät eller nät med kort räckvidd. Denna avhandling behandlar nät med kort räckvidd, innefattande dels 1) accessnät som förbinder slutanvändarna till stadsnätet/ huvudnätet och typiskt omfattar tiotals kilometer, dels 2) optiska datanätverk som hanterar den interna trafiken inom datacenter med överföringsavstånd upp till ett par kilometer.För fiberaccessnät är en av de lovande teknikerna våglängdsmultiplexade passiva optiska nät (WDM-PON), där en dedicerad våglängdskanal tilldelas varje användare vilket garanterar hög datahastighet. Genom ett litet kanalavstånd så kan antalet användare i WDM-PON utökas men det gör samtidigt systemet känsligt för våglängdsdrift hos lasrarna. För att råda bot på detta, föreslår vi två system baserade på optisk frekvenskams-teknik. Vi validerar experimentellt att de kan generera stabila optiska bärvågor för WDM-PON. Radio-över –fiber-tekniken gör samtidigt det möjligt att sända radiosignaler över en lång sträcka och används därför i mobilsystem för överföring mellan centralstationen och radiocellerna. Millimetervågor (MMW) över fiber erbjuder ännu större modulationsbandbredd och är lovande för framtidens mobilradiosystem med hög kapacitet. I denna avhandling föreslår vi, och demonstrerar experimentellt, generation av ett frekvenskams-spektrum som är format som en handflata, där en central bärare med hög effekt (långfingret på handflatan) kan användas i radiocellerna för uppströms överföring, medan multipla MMW band (övriga fingrar) samtidigt kan överföra olika data nedströms. När det gäller nätverk för optiska datacenter, har passiva optiska interconnects (POI) föreslagits som en energieffektiv lösning, där endast passiva optiska komponenter används för ihopkoppling av servrarna. Höga inkopplingsförluster hos passiva optiska komponenter kan emellertid leda till allvarliga skalbarhetsproblem. I denna avhandling presenterar vi en nyutvecklad metod för att kvantifiera skalbarheten, vilken tar hänsyn till olika faktorer i det fysiska lagret som t.ex. mottagartyp och modulationsformat. Både teoretiska analyser och experimentella mätningar har utförts för att utvärdera skalbarheten hos olika kopplarbaserade POI. / <p>QC 20161117</p>