全光网络避免了信号传输过程中的光电转换,是下一代网络的核心技术。全光逻辑处理在光网络的码型转换、路由识别等过程中发挥着重要作用。半导体光放大器（Semiconductor Optical Amplifier,SOA）因输出效率高、增益谱宽、体积小等优点,成为研发全光逻辑器件的首选。与常规SOA相比,量子点半导体光放大器（Quantum Dot Semiconductor Optical Amplifier,QD-SOA）增益恢复时间更短,可以更高速地处理大量数据。本文研究了基于QD-SOA交叉增益调制（Cross Gain Modulation,XGM）效应的全光逻辑器件,包括全光或非门和全光半加器。主要内容如下:1.概述了QD-SOA的特点及工作机制,阐述了全光逻辑器件的研究背景,介绍了基于SOA全光逻辑器件的国内外研究进展。2.基于载流子速率方程和光场传输方程,分析了QD-SOA的理论模型。并采用细化分段方法求解QD-SOA的理论模型,分别用牛顿法和四阶龙格-库塔法求解QD-SOA的静态数值模型和动态数值模型。3.提出一种基于级联QD-SOA交叉增益调制效应的全光或非门,然后以码型效应和对比度、输出消光比和转换效率为指标,仿真了输入连续光功率、第一级偏置电流、有源区宽度、最大模式增益、损耗系数和噪声等参数对级联QD-SOA全光或非门性能的影响,分析并解释了仿真结果。研究结果表明,提出的全光或非门具有较小的码型效应和较好的对比度、输出消光比、转换效率,且结构简单更易于实现。4.针对基于QD-SOA交叉增益调制效应的全光或非门消光比退化的问题,选择后端面反射率不为0的反射型量子点半导体光放大器（Quantum Dot Reflective Semiconductor Optical Amplifier,QD-RSOA）。提出了基于QD-RSOA交叉增益调制效应的全光或非门,并将两种全光或非门进行对比分析。研究输入泵浦光功率、输入探测光功率、偏置电流和有源区宽度等参数对两种全光或非门消光比特性的影响,并分析解释仿真结果。仿真结果可以看出,通过优化后端面反射率,基于QD-RSOA交叉增益调制效应的全光或非门可以获得较高的输出消光比,同时可以保证较好的码型效应和对比度。5.研究了基于QD-SOA交叉增益调制效应的全光半加器,然后对结构进行优化,仅采用3个QD-SOA就实现了全光半加器,且不需要输入连续光CW。分析不同参数如跃迁时间、输入泵浦光峰值功率、探测光峰值功率、偏置电流、有源区宽度、最大模式增益和损耗系数等对其码型效应和输出消光比特性的影响,并解释了仿真结果。研究表明,通过参数优化,改进后的全光半加器可以获得较小的码型效应和更高的输出消光比,且该方案结构简单成本更低。