全光逻辑信号处理技术在光交换节点的大多数功能单元中都起着至关重要的作用,比如分组头处理、净荷定位、时钟提取、信号再生、光分组自路由以及光信号编码等节点功能都要依靠逻辑器件来实现。因此,一旦此技术获得突破,不仅能为目前的光网络开辟新的发展方向,而且具有极其广泛的应用,它将会给人类信息社会带来一场深刻的、革命性的变革,如同晶体管及集成电路技术在20世纪信息社会中的地位和作用一样。鉴于此,本论文着眼于光网络中基于高非线性器件的全光可重构多逻辑门的实现技术,包括全光AND、OR/NOR、XOR和NOT门等。本论文的主要工作如下：介绍了SOA中非线性偏振旋转(NPR)效应产生的物理机制,以及SOA非线性偏振相关的理论模型,从理论上熟悉NPR效应的物理层含义；然后建立了与实验中SOA参数吻合的理论模型,分析研究了SOA偏振相关的增益特性、相位特性和啁啾特性。实验方面,首次研究了SOA的NPR与偏振相关增益(PDG)之间的关系。通过研究SOA的PDG,巧妙地利用泵浦-探测结构在单个SOA中实现了对NPR与PDG关系的研究,得到结论：1)当泵浦光在SOA的增益峰值波长处,SOA中NPR效应最强；2)SOA的PDG越大,NPR效应越强。同时还研究了输入光功率、偏振态对SOA中NPR效应的影响。实验表明,选择合适的SOA和输入光功率、波长及偏振态对于基于SOA中NPR的影响很大。为之后基于SOA中NPR效应的多逻辑门研究做了扎实的准备工作。基于上述SOA的理论模型,仿真研究了基于SOA中NPR和窄带滤波特性的开关器件的性能,为后面基于NPR和窄带滤波特性的逻辑门研究做了铺垫工作。在完成对NPR和窄带滤波的实验及仿真研究基础上,首先提出了一种基于SOA中NPR效应和窄带滤波特性的全光可重构多逻辑门实现方案。仿真上实现了速率为10Gbit/s、Q因子分别为15.95、8.35、20.84、12.89的AND、XOR、OR、NOT和NOR门。实验方面,在2.5Gbit/s的实验平台上同时实现了A.B和A.B门,验证了XOR门的可行性。通过研究调制码长和调制速率对输出结果的影响,得到结论：如果采用增益恢复时间更快的SOA,该方案可工作在更高速率上。该方案具有结构简单、可集成、可重构的优点。鉴于HNLF的优势和发展潜力,论文提出一种基于HNLF中XPM效应的可重构多逻辑门实现方案。该方案有三个显著的优点：1)只采用了一种非线性效应(即XPM),2)输入只有两路信号光(没有附加的探测光),3)在不改变输入光功率、波长、偏振等参数的条件下,只需通过调节输出端滤波器中心波长的设置即可实现高质量的无误码输出。实验实现了速率为10Gbit/s的XOR、OR和AND门,各逻辑门相应的消光比分别为：14.0dB、16.5dB和22.2dB,功率代价分别为：5.9 dB,2.9 dB和-1.0 dB。由于该方案基于快速响应的Kerr效应,该方案可工作在速率高于100Gbit/s的系统。仿真深入研究了该方案在波长范围内的适用性,就接收灵敏度与波长之间的关系做了仿真验证和分析；最后研究了系统性能与高非线性光纤长度的关系。研究表明,该方案在波长间隔大于5nm的整个C波段范围内都可以实现高性能无误码的输出,并且由于走离效应和自相位展宽的存在,选择合适长度的高非线性光纤可以进一步优化系统性能。在高速光信号处理技术中,高重复频率超短光脉冲的产生是实现系统运行的必需条件。因此,本论文探索了超窄脉冲的产生技术。实验研究基于自级联EAM的短脉冲产生技术,产生了10.2ps的10GHz窄脉冲信号,相对于基于单个EAM产生窄脉冲的技术,基于自级联EAM的结构可以让脉冲宽度压缩50%以上。通过对自级联EAM的开关窗口的研究,首次将该自级联EAM结构用于高速长距离传输的OTDM系统中的解复用，实验成功地搭建了一个稳定可靠、速率为80Gbit/s、传输距离为300km的高速OTDM系统,采用自级联EAM结构的时分解复用器成功地实现了80Gbit/s到10Gbit/s的解复用；在接收端,接收灵敏度为-19.0dBm,功率代价为1.4dB。