由于因特网的普及,网络数据量不断增长,光纤通信系统得到了飞速发展。在光网络节点采用全光信号处理方式来取代光电光的中继方式可以大大提升信号处理的速率。在光域中进行时域和频域的信号处理需要一些关键技术,包括复用和解复用技术,光延时线,波长转换,逻辑门等。介于全光信号处理带来的好处,众多研究者都致力于创立并用集成技术实现能由光控制的信号处理子系统。微环谐振器作为一种重要的集成光电子器件在全光信号处理中有着广泛的应用。本论文将从微环的基本理论出发,介绍微环的参量模型分析方法,讨论其传输特性,然后给出微环的理论设计方法,并结合实例介绍微环的工艺制作流程。接下来将对微环的线性和非线性特性在全光信号处理中的应用进行研究。这其中包括基于硅基微环的周期性梳妆谱同时实现RZ-OOK到NRZ-OOK和RZ-DPSK到NRZ-DPSK的全光码型转换,基于单个硅基微环的线性滤波特性和三阶级联高非线性化合物微环的克尔效应实现RZ信号全光时钟恢复的方案和微环与直波导中四波混频效应的研究以及微环和直波导在全光逻辑门中的应用。全文的研究内容主要为以下几个方面：(1)从光波导理论出发,详细推导了介质光波导中光场的传播方程,介绍了微环中两种基本的光传输模式；给出了微环的概念及分类；通过微环的参量模型,分析并讨论了三种耦合状态下全通型和上传/下载型微环各端口的强度及相位传输特性；介绍了以耦合模理论和全矢量模式匹配法为基础的微环模式的计算和设计方法以及硅基微环的制作工艺流程并结合实例给出了实验验证结果。(2)详细介绍了基于硅基微环同时实现RZ-OOK到NRZ-OOK和RZ-DPSK到NRZ-DPSK的全光码型转换方案。首先从理论上分析了方案的工作原理,接下来从微环的耦合系数及高斯带通滤波器的带宽两个方面对器件进行了优化,利用全矢量模式匹配法和耦合模理论设计并制作出了达到优化标准的器件并给出了两种码型同时转换的实验结果。(3)简要介绍了全光时钟恢复的研究背景和概况；首先比较了单个硅基微环和两个串联硅基微环时钟恢复的效果和恢复出的时钟抖动的幅度；重点分析了基于单个硅基微环和三阶级联高非线性化合物微环实现RZ信号全光时钟恢复方案的工作原理；接下来基于一个用于分析级联微环稳态及动态特性的理论模型,展示了40Gb/s RZ信号的全光时钟恢复的模拟结果。(4)基于一个考虑了双光子吸收效应及其引起的自由载流子吸收效应的非线性理论模型,从输入泵浦功率、波导长度、波导的传输损耗以及微环相对于耦合波导的位置等方面对硅波导和微环中四波混频的转换效率进行了详细的研究；通过长度为3.5mm的波导和半径为47μm的微环的对比实验表明,当信号光功率保持1mW不变,输入的泵浦光功率为5mW时,微环的四波混频转换效率相对于硅波导而言提高了15dB。(5)提出了一种基于微环实现两束10Gb/s,50%RZ信号全光逻辑“与”门的实验方案。在总的泵浦功率仅为8.5dBm的情况下,通过将两束光的波长设定在一个Q值为12000,自由光谱范围为1.73nm的微环的两个谐振峰处,微环中发生增强的四波混频效应,由此产生的转换光携带了两束泵浦光的逻辑“与”信号。转换光清晰的眼图和无误码操作证实了方案的良好效果,并与波导的转换结果进行了对比。