在未来的通信领域中，全光逻辑门是全光计算机和全光网络的基本单元。目前已经提出了很多实现全光逻辑门的结构和方法，但是全光逻辑的技术瓶颈也出现了，就是怎样能够将单个的全光逻辑门级联起来实现更复杂的逻辑关系。现存的全光逻辑门结构一般不具有很好的可以实现多级连接的级联性，而且现有的对于级联性的分析大都停留在理论层面，而没有与实际情况相结合，所以对于实际应用来说意义很小。提出了一种新型的基于高非线性Sagnac干涉仪的超高速全光NOT门，建立了它的数学模型，采用了与实际情况更加接近的高斯脉冲模拟输入光，并且在仿真结果的基础上分析了系统的级联性，对级联性的分析考虑了光纤损耗和走离效应的影响。得到的基本结论表明，所提出的全光逻辑门的结构能够在实际情况下保持良好的级联性。

提出了一种新型的基于非线性光纤环镜(NOLM)的可重构全光逻辑门实现方案。传统的基于NOLM的全光逻辑利用自相位调制效应或交叉相位调制效应，透射传输函数重构的自由度低，可实现的逻辑门种类较少。该方案在传统的结构基础上，分析了NOLM中探测光的偏振态的演化，以及输入光偏振态和环内偏振控制器对NOLM的传输特性的影响。理论分析和数值仿真结果表明在考虑NOLM中的非线性偏振旋转效应的情况下，可以更加自由地构建不同透射传输函数，从而利用单一NOLM结构，仅通过调节偏振控制器，即能够可重构地实现绝大部分基础组合逻辑。实验中，完成了两路40 Gb/s的数据信号之间的“非”、“与”、“或”、“或非”、“同或”、“异或”等各种基础组合逻辑，验证了方案的可行性。

设计并演示了一种新型的光信号全光提取与擦除方案。将两个时域上同步，强度反相的矩形光脉冲作为控制信号，通过光纤中四波混频效应所形成的逻辑门（与门和非门），可以对一段时隙上的光数据进行同步的提取和擦除。对10 Gb/s非归零信号的仿真和实验验证了方案的可行性。方案可在更高速率的系统下工作，并对波长和码型透明。

考虑光场分布的影响，利用传输矩阵法研究了含有非线性缺陷的非对称一维光子晶体的透射特性，得到一种新的全光逻辑门的实现方法.由于光场在缺陷层中有着很强的局域，光子晶体的非线性效应得到增强.基于此，分析了场分布和缺陷层折射率的相互作用对光子晶体透射特性的影响，结果表明：通过合理设计，透射特性完全可以达到稳定状态.在此基础上设计了基于一维光子晶体的异或、与等全光逻辑门

基于双轨逻辑,本文提出一种可级联的并行二值逻辑门。所有十六种二值逻辑运算可以采用偏振半波相延编程来实现。也提出了用电光晶体实现实时编程的方法。本文中给出了实验结果。