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随着光纤通信系统的发展,光传输网络的通信速率已经达到了较高的水平,但是,在结点位置还需要进行光电转换来实现信号处理如波长转换,3R再生,复杂逻辑门等,这就大大降低了信号处理的速度。全光信号处理可以避免光电转换,提高信号处理速率,大大降低系统功耗,因而是下一代光通信网络的关键技术。半导体光放大器(SOA)因为具有很多种非线性效应、体积小、便于集成、功耗小、成本低等多方面的优点,在全光信号处理中得到广泛应用。基于SOA中交叉增益调制(XGM)、交叉相位调制(XPM)和瞬态交叉相位调制效应(T-XPM)的应用被广泛研究,而在这三种机理中,分别对应着三个关键参数影响输出性能,分别是载流子恢复时间、线宽加强因子、载流子加热(CH)对应超快线宽加强因子。本论文在理论分析的基础上,分别对这三种参数进行了测量。概括全文的工作,主要有以下几个方面：(1)全面计算和分析了SOA内部参数和超快特性的相关理论和光场波动方程,并分析了SOA内部各种超快非线性效应的机理和应用,并总结计算各种非线性效应所需要用到的模型及其演变经过和该模型的适用范围。然后分别论述了SOA中的三种主要非线性效应,即交叉增益调制(XGM),交叉相位调制(XPM)和瞬态交叉相位调制(T-XPM)在光信号处理中有哪些应用,以及这些应用涉及到SOA的哪些非线性参数。然后介绍了与计算线宽加强因子相关的理论Kramers-Kronig关系(K-K关系)及其应用,并总结了K-K关系与线宽加强因子之间的联系。最后推导了超快效应对四波混频转换效率影响的理论。(2)提出了一种基于双泵浦方式的四波混频(FWM)效应来测量SOA载流子恢复时间的方案。该方案对入射探测光的偏振特性无关,并且所用到的实验设备不需要很高,用泵浦光与转换光之间拍频信号的频率和大小来度量四波混频的波长转换效果,所以测量的精度较高。(3)提出了一种基于窄带自发辐射谱(ASE)谱的四波混频效应测量SOA载流子恢复时间的方案。该方案所需要用到的设备较上一方案更为简便,且测量过程也较为简单,只需要一次对光谱的测量就达到测量多个波长FWM转换效率的目的,另外,通过与器件说明书的结果进行比较发现,测量结果也具有相当高的可靠性。(4)回顾了和分析了测量线宽加强因子的前期工作并分析了其优劣。然后用K-K关系法测量了SOA的线宽加强因子。用Hakki-Paoli法测量了SOA的增益谱和ASE谱的漂移,并测量了SOA的线宽加强因子。(5)提出了一种测量SOA由CH非线性效应引起的线宽加强因子的方式,并计算出了CH效应引起的线宽加强因子对FWM的转换效率的贡献,对比FWM正负失谐下的转换效率的区别,通过对比模拟结果与实验结果,从而得到SOA的该线宽加强因子。