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全光逻辑器件不仅是未来全光网络的关键器件,还是实现光子计算机的基础,因此近年来受到越来越广泛的关注。半导体光放大器(SOA)因其功耗低、尺寸小和响应时间短等优点,成为研制全光逻辑器件的首选。本文在湖北省杰出青年基金(2006ABB017)和教育部新世纪优秀人才计划(NCET-04-0715)的资助下,对基于SOA和滤波器的全光逻辑门进行了理论分析和实验研究,取得了一定的研究成果。主要内容及研究成果如下:(1)在广泛查阅国内外文献的基础上,介绍了研究全光逻辑门的背景和意义,并综述了近年来基于SOA实现全光逻辑门的方案。(2)分别介绍了在普通脉冲(脉宽大于10ps)输入和超短脉冲(脉宽小于10ps)输入下,SOA的高速非线性效应和超快非线性效应。并介绍了相应的SOA高速响应模型和SOA超快响应模型。(3)对基于SOA和窄带滤波器同时实现“与”、“或”、“异或”三种全光逻辑的方案进行了深入研究。以SOA超快响应模型为基础,对方案进行了数值模拟。通过数值模拟的结果,对方案的实现原理和实现条件进行了比较全面的分析,并依据其实现原理进行了扩展研究。(4)对基于级联SOA实现全光逻辑与门的方案进行了改进。以SOA的高速响应模型为基础,对级联方案中第一级SOA后分别加光纤延时干涉仪(FDI)和窄带滤波器(NBPF)的两种改进方法进行了模拟研究,并对第二级的实现速率做了分析和讨论。最后在实验中对模拟结果进行了验证,得到了20Gb/s归零(RZ)和非归零(NRZ)信号的全光逻辑与门,对40Gb/s的实验结果进行了分析。