近年来,人类社会对信息计算和存储的需求发生了指数型的增长,而传统的冯诺依曼计算架构存在着难以突破的瓶颈,计算与存储分立而存在着效率不匹配。以硫系化合物为代表的相变材料存在晶态和非晶态两种稳定状态,且可以通过电学、光学等方法在二者间转换,具有非易失性,在存算一体化研究领域,是打破传统冯诺依曼计算架构的有力竞争者。与此同时,摩尔定律面临着难以跨越的物理鸿沟,电子器件的速度响应无法满足越来越高的生产生活需要,此外许多光电设备存在着光学与电学信号转换效率过低的问题。相变材料的晶态与非晶态之间存在着巨大的光学性质差异,且可通过光脉冲对其状态进行调控,存在可用其进行全光器件设计的可能性。本文在此背景下,选取具有代表性的相变材料Ge2Sb2Te5,制备薄膜验证其两种状态下的光学性质差异和光致相变的可行性,通过基于时域有限差分方法与有限元分析法的仿真手段,设计基本相变全光逻辑功能单元并分析其晶化与非晶化调制机制,得到对其操作与读取的基本方法。以此为依据,对基本单元进行组合,设计了两种能够实现全光逻辑运算的器件,且通过操作可重构的方法,使其均能在各自结构中实现全部十六种二元布尔逻辑运算,运算结果均能非易失地保存在相变单元中,随时能够进行读取,成功地在全光器件中实现了逻辑计算与数据存储的结合,对全光存算一体化研究具有积极意义。此外,本研究中所设计的全光逻辑器件相对于电学器件或电光混合器件,具有速度快,对电磁干扰不敏感,避免光-电-光的信号转换等优点。