全光信号处理技术成为高速光通信网络和光计算的关键技术,全光逻辑门是全光信号处理技术的重要组成部分,对未来的光分组交换、全光波长变换、光计算等方面具有十分深远的影响。半导体光放大器(SOA)和光纤等非线性材料可产生多种非线性效应,如交叉增益调制(XGM)效应,交叉相位调制(XPM)效应和四波混频(FWM)等,可用来实现光逻辑功能。本文以分析SOA的理论模型为出发点,对SOA和光纤的各种非线性特性进行了理论分析,并应用SOA和光纤的非线性效应仿真实现了几种全光逻辑门,具体工作如下:(1)研究了半导体光放大器的交叉增益调制、交叉相位调制及四波混频几种非线性效应和应用。(2)从半导体光放大器的载流子速率方程和光功率的传输方程出发,采用SOA的分段模型,用数值方法模拟了SOA的非线性增益饱和特性,并对结果进行了分析。在对SOA-XGM理论分析的基础上,对光信号与SOA的相互作用进行了仿真。(3)研究了基于SOA的XGM效应的全光逻辑或非门的工作原理,仿真实现了10Gb/s信号的逻辑或非运算,通过分析仿真结果探讨了各种参数对逻辑门性能的影响。(4)研究了基于SOA的XGM和FWM效应的全光逻辑与门的工作原理,仿真实现了10Gb/s信号的逻辑与运算,通过分析仿真结果探讨了各种参数对逻辑门性能的影响。最后通过让SOA始终工作在饱和状态,提出了一种抑制基于SOA-FWM的逻辑与门码型效应的方法。(5)研究了基于非线性光纤的FWM和XPM效应的全光逻辑门的工作原理,分析了色散系数和光纤长度等因素对基于Fiber-FWM逻辑门的影响。