全光逻辑门是实现未来全光通信的关键器件,是实现高速光分组交换、全光地址识别、数据编码等全光信号处理和光计算的核心器件,受到了广泛的关注及研究。目前提出的非波导类型全光逻辑门尺寸大,不易在片上集成,而基于波导类型的全光逻辑门含有复杂的有源设备,而且实现的逻辑功能单一。本文提出一种超快无源多功能逻辑门(FLOGs),在一个基本的无源萨格纳克芯片单元上通过改变端口输入输出状态实现与、非、异或逻辑功能。本文主要研究工作概括如下:(1)根据萨格纳克工作原理,分析了能实现与非异或等逻辑功能全光逻辑门方案。(2)研究了基于微波导结构FLOGs实现方案,并设计了FLOGs芯片单元,利用时域有限差分算法(FDTD)分析了芯片单元中各部分器件包括耦合器、分合束器及环结构的传输特性,优化设计了耦合器S型弯曲波导及耦合区耦合长度,并对硅材料制备过程中需注意的问题进行了总结。(3)根据FLOGs基本单元,提出实现多种逻辑功能的结构方案。通过FDTD及光束传输法(BPM)模拟实现了基于FLOGs集成芯片的与、非、异或逻辑功能,分析了耦合器功分比对系统消光比的影响,针对系统反射端出现的能量残留问题,提出解决方案。并研究了逻辑门的级联方案(与门级联、与门跟异或门级联、异或非门、或门)。研究表明所设计的单元结构器件具有良好的传输性能,所设计的耦合器工作波长为1550 nm,功分比为0.5,附加损耗为0.17dB。偏振分合束器(PBS/PBC)总长度约为10μm,TE模传输损耗为0.2dB,TM传输模损耗0.36dB。设计的FLOGs芯片器件具有低功耗(μW),尺寸小(90μm×20μm),响应时间短(ps)的特点,可实现AND、NOT、XOR、XNOR、OR多种逻辑功能。FLOGs在未来的全光通信和大规模集成光路中具有广阔的应用前景。