开发以电子和光子为信息载体的硅基大规模集成技术已经成为信息技术发展的必然趋势。全光信息处理作为全光通信的关键技术受到越来越多研究者的青睐。光时域微分器在全光信息处理领域有着广泛的应用。本文围绕光时域微分器的原理,基于波导耦合理论,讨论了四种实现光时域微分器的方案,这四种方案分别为基于微环谐振器的光时域微分器、基于自耦合谐振器的光时域微分器、基于并联微环自耦合谐振器和串联微环自耦合谐振器的光时域微分器。本文分别对这四种光时域微分器的实现方案进行了微分特性研究和仿真分析,主要完成的工作如下:首先阐述了光时域微分器的研究意义和发展现状,分析和总结了现有的几种光时域微分器的实现方案。利用耦合模理论,深入分析了直-直波导耦合和直-弯波导耦合以及弯-弯波导耦合的耦合机理。仿真分析了定向耦合器耦合过程中传输功率的变化,验证了波导弯曲耦合过程中耦合系数与波导弯曲半径和两波导间距的变化关系。其次对微环谐振器和自耦合谐振器的频谱特性进行了分析,对二者实现光时域微分器的原理做了理论推导并通过仿真验证了二者实现微分器的可能性。令二者的传输频谱与理想微分器的传输频谱对比,证明了二者均可在临界耦合状态下实现1阶微分效果,在过耦合状态下实现2阶微分效果。将高斯脉冲输入用来实现光时域微分器的微环谐振器和自耦合谐振器中,通过数值模拟,分析二者实现1阶微分和2阶微分的微分效果。最后基于微环谐振器和自耦合谐振器的耦合理论和工作机理,提出了并联微环自耦合谐振器和串联微环自耦合谐振器两种实现光时域微分器的方案。利用耦合模理论,推导出二者的传输函数,在此基础上仿真分析了二者的传输特性,证明了并联微环自耦合谐振器在满足一定条件下可实现0.46阶和1.25阶的光时域微分器,串联微环自耦合谐振器在满足一定条件下可实现0.7阶和1.3阶的光时域微分器。要实现光时域微分器的操作,需要通过滤波器的转接,所以,找到滤波器的传输函数就显得十分重要。在此基础上,利用MATLAB对滤波器传输函数进行模拟,找到理想的传输频谱,并对提出的光时域微分器的理论进行模拟,分析得到的谱线图,为接下来的更深层次的研究提供理论上的支持。