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全光通信网络能够突破“光-电-光”转换过程中电子瓶颈对速率的限制,充分利用光纤的巨大带宽资源,一直是光通信界梦想的终极通信网络。全光信号处理技术是实现全光通信网络的关键,涉及到传输、交换、路由、接入和业务处理等多个方面,具体技术涵盖全光波长变换、全光码型变换、全光逻辑、全光超宽带(UWB)信号产生等等。目前,全光信号处理技术的主流实现方式是应用非线性器件中的光致非线性效应,呈现出来的发展趋势主要包括：应用新型的非线性器件,实现单波更高速率或系统更大容量,支持新型的调制码型和复用方式,实现新的信号处理功能,以及兼容更全面的信号处理功能等。电吸收调制器(EAM)和半导体光放大器(SOA)是两种典型的非线性器件,两者均具有功耗低、尺寸小、工艺成熟、易与其它器件集成的优势,近些年在全光信号处理技术中得到了广泛应用。本论文主要针对基于EAM和SOA非线性效应的全光信号处理技术展开深入的研究,主要工作和创新成果包括如下几个方面：1.建立了一套动静态相结合的量子阱(QW) EAM理论模型,QW材料可以取自不同组份的In1-xGaxAsyP1-y或In1-x-yGaxAlyAs材料体系。通过求解薛定谔方程、光波传输方程和载流子数量及能量速率方程,能够比较精确地描述光经过EAM传输后其强度、相位和偏振态的变化情况。这一模型不仅能为基于EAM非线性效应的全光信号处理技术提供仿真平台和理论指导,还有利于对EAM进行器件的优化、设计2.借助“泵浦-探测”结构,数值研究了In1-xGaxAsyP1-y和In1-x-yGaxAlyAs两种材料体系QW-EAM的光致非线性特性。具体分析了EAM在不同反偏电场作用下的吸收恢复特性；一些主要参数包括：泵浦脉冲宽度、入射光波长、入射光功率和量子阱结构等对EAM交叉吸收调制(XAM)非线性效应的影响；以及探测光经过EAM传输后,产生的非线性相移和偏振旋转。在对EAM非线性特性研究的基础上,我们数值分析了基于EAM-XAM效应的波长不敏感的40Gbit/s波长变换技术,当输入数据光波长在1535nm到1555nm范围内变化时,输出转换光的码型效应和消光比的变化都非常小。3.扩展了已报道的SOA理论模型,通过求解光波传输方程和载流子速率方程,能够分析SOA中3波长输入四波混频(FWM)效应相关的12个光波分量,输入光是强度或相位调制信号均可。在此基础上,提出了基于SOA-FWM效应的多功能全光码型变换子系统,能够实现NRZ,RZ及CSRZ之间的多种强度和相位调制信号的码型变换功能。该系统结构简单,具有不需要任何额外操作即可兼容对多种不同码型进行变换的优点,能够有效解决光网络间的兼容性和互联互通问题。论文仿真实现了40Gbit/s的多种码型变换,并对10Gbit/s的几种变换进行了实验验证。输入直流光除参与FWM效应以外,还起到辅助光作用以减弱SOA的码型效应。此外,该系统同时具备波长变换功能,可将一路输入信号光所承载的数据信息复制到三路波长各异的输出信号光之上,可应用于多播网络。4.提出了一种基于SOA-FWM非线性效应的多功能全光逻辑子系统,能够支持NRZ-OOK, RZ-OOK和CSRZ-OOK三种调制码型,并对每种调制格式信号都能够同时实现两路与门(AND)和一路或门(OR)的逻辑功能。不同调制格式间的兼容性可以通过简单地控制马赫-曾德调制器电驱动信号的“开”、“关”状态来实现。论文仿真实现了40Gbit/s的多功能逻辑门,并对10Gbit/s的多功能逻辑门进行了实验验证。该系统具有结构紧凑、操作简单、多功能和低成本等优势。5.研究了基于EAM和SOA的全光UWB信号产生技术,分别提出了SOA-EAM并联和SOA-SMF串联这两种技术方案。在基于SOA-EAM并联结构的技术方案中,通过控制入射SOA和EAM两路泵浦光之间的时间延迟,可以产生极性相反、带宽可调的monocycle UWB脉冲,该方案实现容易、优化简单。在基于SOA-SMF串联结构的技术方案中,通过控制四只激光器的开、关状态,可以实现极性相反的monocycle和doublet UWB脉冲,可应用于脉冲形状调制。