光纤具有损耗低、传输容量大等特点，是一种理想的传输介质，被广泛应用于骨干网传输系统中。但现有的光通信网络是光电混合网络，在中间节点依旧存在着光/电/光转换，因此通信系统受到电子瓶颈的束缚，限制了传输速率的提高。解决该问题的有效途径是使光信号在全光域进行传输和处理，也即使传输网络全光化。网络全光化的关键是找到合适的光开关，因此本文讨论两种具有开关效应的光纤器件——光纤光栅和光纤光栅耦合器。光纤光栅已经做过大量的研究，但大部分的研究都集中在无源情况下，本文使用耦合模理论对有源光纤光栅和有源光纤光栅耦合器进行研究。主要内容和结论如下：首先，基于光纤光栅和光纤耦合器的基本知识，推导了光纤光栅和光纤耦合器的耦合模方程，并将其推广到有源情形，研究这两种有源器件线性情形下的传输特性。研究了有源光纤光栅的色散、滤波和时延可调特性。增益对光栅的时延和滤波特性影响较大，而对色散影响较小。分析了线性情形下有源光纤耦合器的连续波传输特性和脉冲传输。在忽略光纤损耗时，耦合器中的能量在两个纤芯中周期转移，加入增益后能量的包络呈指数增长。通过选取适当的增益可以保证脉冲振幅在有源器件中传输时保持恒定甚至变大。其次，研究了非线性情形下的有源光纤光栅。和普通光栅相比，有源光栅能够提供更高的非线性系数，这能够降低开关的功率。非线性效应使阻带发生偏移，增益能够增大阻带内的反射率，降低自脉冲形成所需要的功率，增大双稳开关的对比度和双稳环的宽度。分析了脉冲在光栅中的传输，通过调节增益系数可以有选择地对脉冲放大。加入增益可以降低脉冲开关的阈值功率，增加开关的陡峭性。最后，基于耦合模理论对有源光纤光栅耦合器的时延可调性和传输特性进行了研究。论文推导了对称光纤光栅耦合器的线性解，研究了其色散、滤波和时延可调特性，比较了增益对其影响。研究表明，有源光栅耦合器中的增益对滤波特性曲线的对称性几乎没有影响，但光栅的反射率和透射率都会增大，在光子带隙附近透射率分布的振荡更加剧烈。当失谐量一定时，通过对增益系数的改变可以达到时延可调的目的。基于数值方法，研究了非线性光纤光栅耦合器的自脉冲、连续光开关、脉冲传输以及脉冲开关，以及增益的影响。增益能够降低自脉冲产生的功率，同时对产生的脉冲进行压缩和整形。在开关中，增益降低开关的阈值功率，增加开关的陡峭性。