基于四波混频效应的全光波长转换技术在解决全光信号处理问题中至关重要。波长转换是通过波长转换器将受阻的数据转换到其它空闲波长上进行输出，可解决资源分配不足、通信质量降低的问题。硅基波导及光子晶体光纤等都可用于波长转换，但对于短距离通信，硅基波导更具优势。构建了一种新型MEH-PPV硅基光波导，通过有限元法对其进行了色散调控，分析了该波导在最佳结构下的相位失配特性及非线性系数的变化特性。结合该波导的传输损耗、相位失配特性以及非线性系数，建立了基于泵浦简并条件下的四波混频数学模型，分析了不同信号光功率、泵浦光功率以及波导长度下的波长转换效果。结果表明：采用MEH-PPV材料作为夹层的slot硅基波导，最大波长转换效率约为16 dB，其转换带宽为400 nm左右，在全光信号处理领域具有广泛的应用前景。

基于受激布里渊散射（SBS）效应的布里渊动态光栅（BDG）自提出以来，一直受到人们的广泛关注。相比于光纤布拉格光栅（FBG），BDG具有快速重构、读写分离、参数可控等优点，已在保偏光纤、单模光纤、少模光纤和光子晶体光纤中实现。同时，不同类型的BDG研究也不断出现，如啁啾BDG、相移BDG、混沌BDG和随机BDG等。简要介绍了BDG的产生原理，并对不同光纤中的BDG、不同类型BDG及BDG在分布式光纤传感、全光信号处理领域的应用进行详细阐述，最后，对BDG的发展趋势进行了总结与展望。

随着互联网的发展, 网络数据流量极速增长, 全光网(AON)概念的提出有利于解决可用带宽受限、信号传输速率较低等问题。其中, 全光逻辑信号处理为AON的重要组成部分。根据周期性极化铌酸锂(PPLN)波导的二阶非线性效应原理, 将产生的输出信号连续送入不同的PPLN波导进行叠加处理, 设计出全光2线-4线译码器的波导级联结构, 通过数值计算仿真得到了波形图和眼图, 分析了全光2线-4线译码器输出信号的半高全宽(FWHM)、峰值功率、延迟时间和消光比。仿真结果表明: 采用PPLN波导级联的方式实现了2线-4线译码器在光域中的逻辑功能, 同时保证了光信号的传输质量, 为PPLN波导的全光信号处理提供了新的器件类型。

在高速的光通信网络中,现有的光网络交换能力与传输能力相比严重失衡,建立全光网络(AON)成为解决该问题的一种有效途径。但是由于全光逻辑器件的不完善,使得全光分组交换技术无法达到实用阶段。基于周期性极化铌酸锂(PPLN)波导的和频+差频效应(SFG+DFG),在准相位匹配条件下,采用波导级联的方式设计并实现了全光2选1数据选择器。通过数值计算和仿真得到波形图和眼图,并利用脉冲宽度、消光比以及峰值功率延迟时间等参数分析数据选择器的性能。结果表明,采用PPLN波导级联的方法对信号光进行处理,不仅可以完成相应的逻辑功能,而且可以保证信号的传输质量,还扩展了PPLN波导在全光逻辑信号处理方面的能力。

全光或门是全光逻辑信号处理中必不可少的一项基础技术, 以往采用周期性极化铌酸锂（PPLN）波导实现的全光或门的输出光波均是混频波。本文基于PPLN波导的和频+差频效应（SFG+DFG）, 在准相位匹配条件下, 通过三个PPLN波导的级联设计实现了单波长输出的全光或门。通过数值计算和仿真得到了信号波形和眼图, 并通过计算消光比、脉冲宽度以及峰值功率的延迟时间分析了单波长全光或门的性能。结果表明, 本方案能很好地实现单波长输出的全光或门, 其输出光波能直接应用于光域, 从而改善光逻辑器件的衔接, 提高处理速度, 并为研发新型全光逻辑器件提供重要基础。

为了实现相位调制光信号的相位混合运算(2θA-θB、2θB-θA), 描述了简并四波混频光互调效应的工作原理, 给出了泵浦消耗情形下四波混频闲频光振幅和相位的解析表达式。重点研究了基于高非线性光纤的相位混合运算器件的实现方案, 以四进制相位信号为例分析了输入光幅度噪声对两种相位互调运算结果的影响。仿真计算表明, 该运算器件的光噪声指数(光信噪比的劣化)约为6.6 dB; 当输入光信噪比不低于25 dB时, 两种运算的符号错误率均低于10-3, 对应的误差矢量振幅约为22%。

三角形光脉冲在时域范围内具有前后沿恒定变化特性, 使得其在全光信息处理领域获得了广泛应用。主要针对目前国内外提出的两类三角形光脉冲产生方法: (1)电光法; (2)全光法, 简单介绍了几种具体的获得稳定三角形光脉冲串的方法, 从所产生三角形脉冲的重复频率、脉冲宽度以及系统稳定性、实验优缺点等方面进行分类比较, 并重点介绍了一种利用连续波光调制结合色散所致功率衰落的脉冲生成方法。

半导体光放大器(SOA)是光信号处理的关键器件，其非线性过程是实现全光信号处理的基础，群速度色散(GVD)直接影响非线性效应的强弱。基于Kramers-Kronig 关系，得到了SOA 群速度色散与增益之间的关系，提出一种通过测量SOA 的增益谱，得到群速度色散的简单易行的实验方法，在小信号输入条件下验证了该方法的可靠性。利用该方法，在1530~1610 nm 波长范围内，测量得到SOA 群速度色散比较平坦，而且随输入光功率和注入电流变化不大，增益峰值波长与零色散波长随注入电流增大而蓝移，随输入光功率增大而红移，且零色散波长大于增益峰值波长。

利用两段色散互补的单模光纤跨段，并结合一个相位偏移器，设计出了一种基于光纤自相位调制效应的全光信号优化结构。理论分析了光纤中的自相位调制效应，介绍了优化结构的工作原理和基于半导体光放大器(SOA)与马赫曾德尔干涉仪(MZI)的全光异或原理，并通过光通信系统设计软件OptiSystem搭建了全光异或门和全光信号优化结构的仿真模型，分别对速率为10 Gb/s和40 Gb/s的全光异或输出结果进行了优化，使得异或输出消光比分别从10 dB和9 dB提高到约26 dB，并得到质量优良的输出眼图。结果表明，常规的全光异或输出消光比普遍较低，通过全光信号优化结构可以使消光比得到大幅提高，改善输出信号的质量。

半导体光放大器(SOA)因其具有良好的光-光互作用特性,包括交叉增益调制、交叉相位调制、交叉偏振调制以及四波混频等,在全光信号处理技术中已经获得了广泛的应用。利用SOA与光纤反馈可构成环形腔激光器S-FRL。在S-FRL中将SOA的光-光互作用特性与反馈条件相结合,可以改变S-FRL的起振、抑制、选频等多种状态,从而构成不同功能的全光信号处理器件。在分析S-FRL激光振荡原理的基础上,提出了双环耦合的S-FRL,并以此为基础构成一种双环耦合的双稳态触发器,进而构成一种同步脉冲展宽器;还提出了一种级联的S-FRL,由此构成一种基于负逻辑的全光判决器。