随着社会物质文明的高度发展以及人们对通信的需求量、信息的传输速度有了更高的要求。光学物理界为有效解决“电子瓶颈”这一问题,提出了一项重要任务,即研制出全光开关器件,全光开关作为全光通信系统和全光计算中的关键元器件,可以在全光领域中实现多种逻辑功能,而中间过程中不需要电的参与,因此大大节省了通信资源,提高了通信效率。另外,基于非线性效应的全光逻辑器也引起人们的广泛关注。本文中重点讨论两种极具代表性的全光逻辑器--全光逻辑门和全光分组交换,主要工作和主要研究结果如下:首先,本文对光纤光栅、耦合器、微环谐振腔的工作原理分别进行了论述,给出了光纤光栅的一般结构、对其耦合模方程进行了讨论,并且根据耦合模方程仿真出开关特性曲线,对光纤光栅的光谱进行了分析讨论,对定向光耦合器的功能结构、耦合模方程进行了详细的描述与分析、并且介绍了线性对称耦合器的矩阵方程方法。同时简单概述了微环谐振腔的理论模型,按照耦合模方程,分别对双耦合器的单微环谐振腔和级联微环谐振腔进行了分析,并且分别对它们进行了理论分析。其次,本文利用相移光栅中交叉相位调制效应,仿真出相移光栅的双稳特性,基于其这种非线性效应构造出各类全光逻辑门,并讨论了其开关特性。研究中,采用掺铒光纤构成非线性相移光纤光栅,因为光子自身不带电,不能实现用一束光去控制另一束光的强度或者传播方向,因此本文在非线性光学情况下,根据交叉相位调制效应,利用激光(泵浦光)引起介质参量变化,改变另一束信号光的强度或方向,从而可以控制弱连续波的输出切换,进而实现将光信息从泵浦光转移到连续光之上,接着,通过改变两个泵浦光的功率组合,根据输入功率大小和不同端口的输出功率的大小,分别将各自的透射率和反射率推算出来,相应的消光比也可以根据公式求得,从而定义逻辑值,总结出相应的逻辑关系。在光纤光栅的相移量为0时,实现了与门(AND)和与非门(NAND)。而当光栅的相移量为?时,可以实现与非门(NAND)和或门(OR)。最终研究得出结论:当相移光纤光栅的相移量不同时,可以根据其透射率与反射率得到的消光比曲线构造多种不同的逻辑门,并且利用相移光纤光栅不同的相移量,可以有效地减少光开关的门限功率,从而在可以更加适用于实际的光通信网络。最后,本文给出了一种全光分组交换的设计,主要创新点在于利用级联微环谐振腔的双稳特性实现对数据流的分组交换,并且分别利用数值法和解析法计算仿真出此双稳性,在设计中,先将一组伪随机序列(Pseudo-random Binary Sequence,PRBS)调制到偏置信号上,通过一组设置信号和重置信号,使得已调数据信号在两个输出端口得到不同的输出功率,实现数据信号在两个端口的交互输出,从而实现数据的分组交换功能。研究发现:设置信号和重置信号的脉冲宽度必须要大于级联微环谐振腔的场建立时间,在设计中,取这个时间长度为2.16ps。另外,论文还发现:与单微环谐振腔相比,级联微环谐振腔能够有效地减少偏置功率,更加适用于实际应用。此外,通过增加级联微环谐振腔的个数,我们还能构造出多路由的分组交换。