在将近半个世纪的发展中,光纤通信经历了一系列革命性的变化,在更高容量和更长中继距离方面取得了长足发展。随着互联网和多媒体技术的飞速发展,对光网络技术提出了更大挑战。先进的光通信技术以其高速、宽带的明显特征为世人瞩目。在先进光网络中,迫切需要高性能、新型的光信号处理技术,来避免电子处理的瓶颈,提高网络的吞吐量和灵活性。光信号处理技术涉及光通信、光电子、半导体物理、非线性光学等多学科知识,是目前研究的热点,也是一个难点。本论文对先进光网络中的光信号处理关键技术进行了探索性、前瞻性的理论研究,主要包括基于半导体光放大器(SOA)和量子点半导体光放大器(QD-SOA)的码型转换、光时分解复用和光频变换等光信号处理技术。主要研究工作和创新点为:分析了先进光网络中光逻辑、光波长转换和光时分解复用等光信号处理技术的研究现状,评述了各种基于SOA的光信号处理方案的工作机理和系统性能,阐述了QD-SOA的工作原理和特点,给出了QD-SOA的理论分析模型。提出了一种QD-SOA和马赫-增德尔干涉仪相结合(QDSOA-MZI)的非归零码(NRZ)到归零码(RZ)的码型转换方案,建立了数学分析模型,验证了所提方案的有效性。深入分析了此高速码型转换器的性能,得出了设计该类码型转换器的若干规则和关键参数的取值范围。提出了基于QD-SOA的光时分解复用方案,对320Gbit/s和160Gbit/s的高速解复用操作进行了数值仿真,分析了QD-SOA参数和注入光脉冲等参数对解复用器性能的影响,得出了设计此类光时分解复用器的若干规则和关键参数的取值范围。提出了基于SOA中双泵浦四波混频效应的光频率转换方案,通过理论分析和数值仿真初步验证了方案的可行性,并分析了偏置电流、泵浦功率和频率间隔对上行转换效率的影响。结果表明该方案可应用于RoF系统中,实现光射频信号的频率转换以及光毫米波的产生。