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集成化是未来光通信系统发展的趋势之一,作为光通信网络的重要组成部分,全光信号处理器件必将走向集成化。本论文主要研究了半导体光放大器(SOA)和基于绝缘体上硅(SOI)纳米线波导两种集成器件在非线性全光信号处理领域的应用。SOA作为全光信号处理的介质之一,凭借其体积小、易集成、功耗低的优势,在全光信号处理领域有着广泛的应用。我们基于SOA中的自发非线性效应成功实现了10Gb/s OOK信号无差错的放大、反转以及到BPSK码型的转换功能,并且提升了输入信号光的消光比适用范围。基于SOI材料的硅线波导不但与集成电路制作工艺兼容,而且对光的约束能力强,为集成型非线性光学器件提供了理想的解决方案。基于硅波导中的四波混频效应,我们实现了多种码型信号的全光信号处理及其应用,包括全光波长转换、组播、时分解复用、偏振解复用和若干不同功能的全光逻辑门。OOK信号结构简单、成本低,被大规模应用于密集城域网中。针对OOK调制格式,我们进行了硅基波长转换、组播、时分解复用的研究。分别采用连续光泵浦、脉冲光泵浦进行全光波长转换的实验研究,实现了基于硅波导中四波混频效应的10Gb/s NRZ-OOK的无误差全光波长转换。其次我们分析了光源和放大器对于结果的噪声影响,提出改善方法。我们还实现了多信道并行波长转换,和OOK信号的时分解复用。DPSK调制格式凭借其高于OOK格式3dB的接收灵敏度以及更好的抗非线性噪声性能被应用于远距离传输中。我们实现了NRZ-DPSK格式信号基于硅波导的全光波长转换,在10Gb/s的信号速率下得到比OOK格式信号小2dB的功率代价。偏振复用技术凭借将信号加载到同一信道上的两路垂直偏振态通道,达到双倍的传输效率。我们首次实现了20Gb/s的偏振复用信号在硅波导中的全光波长转换、组播和解复用功能。全光逻辑门是实现高速信息传输和处理的基本器件。我们首次进行并实现了基于硅波导的10Gb/s的NRZ-OOK与、或逻辑功能同时实现的研究；并且首次提出和实现了基于硅波导的NRZ-DPSK异或逻辑门；最后实现了基于硅波导的可重构全光多功能逻辑门,采用偏振编码的调制方式获得了包括半减器,同或、与、或非逻辑门,能够分别得到三个逻辑门的同时实现,该装置还能同时获得两个不同频率输出的三个逻辑结果。