全光信号处理系统替代光电混合系统是当前信息技术发展的必然趋势。全光时域微分器可以对输入光脉冲的复包络在时域中进行微分,是全光信息处理系统中的一个重要组成部分。与光-电-光转换的方式相比,全光微分器可降低功耗,减少系统复杂度,降低成本。因此,利用全光时域微分器直接对光信号进行处理运算应用领域广泛,包括超快全光运算、脉冲整形和编码、暗孤子探测等,有着重要的价值。基于光栅的全光时域微分器具有制作工艺成熟、便于系统集成、以及可以动态灵活地调整参数等优点,具有广阔的发展前景。本论文研究了基于光栅的全光微分器。主要工作有以下几个方面:(1)分析研究光栅的耦合模理论以及硅基波导光栅中的各种非线性效应和双光束传输的相互作用机理,分析其频谱响应函数的幅值曲线和相位特性曲线,提出实现全光微分器的可行方案,建立理论模型。(2)通过改变长周期光纤光栅纤芯模和包层模耦合状态实现对光脉冲信号的分数阶微分。设计长周期光纤光栅结构并进行计算和仿真,得到的半高全宽为12 ps的高斯脉冲信号一阶微分输出与理想微分器的相关度为90.2%。同时分析了占空比对长周期光纤光栅微分结果的影响。(3)基于硅基波导光栅设计出全光微分器,并利用光学非线性效应实现了光控调谐微分阶数。分别利用交叉相位调制和自相位调制以改变光功率的方法对高斯脉冲信号在1阶附近进行了微分阶数的调谐。提出实现多阶微分的方案并进行仿真验证,二、三、四阶的微分误差分别为5.6%、7.2%和10%。研究了光栅以及信号脉冲参数等因素对硅基波导光栅性能的影响。