密集波分复用、光时分复用技术与高级调制格式相结合,使得光通信系统的容量一再提升。与此相对应,现有的光网络的交换能力与传输能力严重失衡。全光分组交换网络的实现是解决上述问题的一个有效方案,然而由于全光缓存和全光逻辑等信号处理器件的不成熟,全光网络技术还未能达到实用的阶段。为了实现全光网络,迫切需要发展全光信号处理技术,设计和制作低功耗,高速率的全光信号处理器件,解决数据交换过程中的信号处理问题。全光逻辑门是全光信号处理中的关键部件之一,在很多具有交换功能的单元中都起着至关重要的作用。本论文基于高非线性光纤、半导体光放大器等高非线性器件,研究了数据选择器、数据分配器等全光组合逻辑器件的实现以及基于相位编码数据的逻辑信号处理技术。主要内容和成果包括：1.研究分析了高非线性光纤中交叉相位调制对输入信号时域和频谱的影响,在此基础上提出了基于高非线性光纤中交叉相位调制的数据选择器方案。利用双向光纤非线性脉冲传输模型对40Gbit/s数据速率的RZ-OOK格式信号进行了仿真验证,实现了2选1数据选择器的功能。为提高所提出方案输出信号的传输性能和级联能力,进一步优化结构。通过合理的选择输入信号的波长和功率,提出并论证了单波长输出的双向光纤传输和单向传输配置方案。分析了输入信号波长、功率、滤波器中心波长以及输入信号信噪比和啁啾等参数对系统性能的影响,给出了方案设计时参数的选择原则。2.基于光纤克尔效应的高速响应,提出了基于高非线性光纤交义相位调制的1路-2路160Gbit/s数据分配器方案。通过数值仿真验证了所提出方案的可行性,仿真结果表明在合理设置系统参数的情况下,可以获得满足无误码率操作要求的输出信号。输入信号波长、峰值功率、光纤长度等参数与输出性能的相关性被分析。分析表明,为获得优化性能,系统中光纤长度,滤波器中心波长和输入信号功率等参数需要协同考虑。讨论了40Gbit/s、80Gbit/s处理速率下系统的实现,并与160Gbit/s时的性能和参数的选择进行了对比分析。3.研究了基于载流子速率方程的半导体光放大器分段数值模型和SOA的非简并四波混频效应,在此基础上提出了三输入的RZ/NZR-DPSK格式数据逻辑异或门和RZ-OOK格式逻辑与门方案。数值分析了所提出系统的性能与输入信号参数的相关性。该方案无需重新配置系统的参数,仅改变输入信号即可实现两输入或三输入的RZ/NRZ-DPSK格式逻辑异或门和RZ-OOK格式逻辑与门。4.基于SOA-MZI波长转换器,研究了OOK-DPSK格式变换方案和OOK数据中“0”和“1”数据的分离方法,结合SOA中的简并四波混频首次提出了相位编码逻辑与门和或门的方案。该方案输入为OOK格式数据,输出为OOK数据对应的相位编码数据的逻辑与和或操作。结合DPSK信号的延时解调制,可以实现DPSK信号的相位逻辑操作。仿真结果验证了该方案的可行性。