全光信号处理在高速光通信网络和光计算中有广泛应用,而全光逻辑门是光信号处理中的关键功能,是实现光分组交换、光计算和未来高速大容量光传输的关键器件[1-3]。半导体光放大器(SOA)因为具备体积小、工作波长范围宽、响应时间短及良好的非线性特性等优点,十分适合用来实现全光逻辑功能,成为研制高速全光逻辑器件的首选。本文在教育部新世纪优秀人才计划的支持下,对基于半导体光放大器(SOA)的全光逻辑或非门及全光逻辑与非门进行了理论和实验研究,具体工作如下:(1)在广泛查阅文献的基础上,分析了全光逻辑的研究背景、意义以及全光逻辑门在全光网络中的应用,概括了全光逻辑的实现方案和研究状况。(2)从半导体光放大器(SOA)中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,数值模拟了SOA的稳态和动态增益饱和特性,并分析讨论了计算结果。(3)研究了基于SOA中交叉增益调制(XGM)效应的全光逻辑或非门。分析了这种方案的工作原理,数值模拟了10Gb/s NRZ信号逻辑或非运算过程。对10Gb/s逻辑或非运算进行了实验验证,对实验结果进行了讨论。实验结果和理论模拟结果符合较好。(4)研究了基于SOA中交叉增益调制(XGM)效应的全光逻辑与非门。数值模拟了全光逻辑与非门的工作过程,同时分析了各种参数对逻辑运算结果的影响。实验验证了10Gb/s NRZ信号的全光逻辑与非门,并对实验结果进行了详细的分析。实验结果和理论模拟结果符合较好。