随着互联网和多媒体技术的飞速发展,网络数据流量的爆炸式增长,信息传输业务的重心已不再是传统的语音业务,取而代之的是数据、图像、多媒体IP接入和以智能业务和增值业务为代表的高速数据业务。网络流量的激增和传输速率的大幅度增长,对光通信技术提出了更大的挑战。由于受“电子瓶颈”的限制,目前光网络中依赖于高阶调制格式的使用来提升信号传输速率,然而这依然不能满足光通信网络对高速率、大容量的需求。为突破这一挑战,在网络传输过程中无须光-电转换和电-光转换的全光网络(AON,All-Optical Network)应运而生。随着应用场景的多样化,可见光通信凭借其无电磁干扰的特点,迅速成为飞机、医院等电磁波敏感场合的重要通信方式,成为通信领域的研究热点。本文围绕上述两个热点问题,对高速率的全光逻辑门和低成本、绿色无污染、高保密性的可见光通信系统展开了深入的研究和分析。具体研究内容如下:(1)探讨了三种全光逻辑门的实现方案,对方案的优缺点进行分析和比较,在此基础上提出了基于I/Q调制器(I/QM,In-phase/Quadrature Modulator)的全光逻辑门实现方案,该方案具有高速率、可重构、低复杂度和低成本等优点,可在不改变硬件结构的前提下,通过简单调节参数实现24种基本逻辑门;(2)分析了不完美I/Q调制器的数学模型,并在此基础上理论分析了基于I/Q调制器的全光逻辑门的性能,仿真验证了激光器输出功率、调制器损耗及消光比对系统性能的影响,并实验验证了方案的可行性;(3)设计并实现了基于发光二极管(LED,Light Emitting Diode)可见光通信的全双工上网系统,测试结果表明,在数据速率为4Mb/s,传输距离～3m时,仍能实现稳定上网功能。