由于电子器件的处理速率已经无法满足日益增长的需求,全光信号处理技术应运而生。全光信号处理是指在光域中直接对信号进行处理,由于其避开了电子器件的使用,从而绕开了电域的速率瓶颈,成为突破电域信号处理速率限制的热点技术之一。全光时间微分器是全光信号处理技术中关键的组成部分,它在光域即可对信号做微分运算,并且其具有运算速率快、不易受电磁的干扰、体积小等一系列的优点。本文主要研究基于不对称双芯光纤耦合器的分数阶全光时间微分器,其研究内容主要可以概括为以下几点:(1)在耦合模理论基础之上,分析了对称与不对称双芯光纤耦合器的耦合特性。讨论了耦合器的结构参数对耦合特性的影响。(2)从频域的角度对对称双芯光纤耦合器的全光微分特性进行了分析。研究了耦合器的结构参数对微分器性能的影响。分析了输入脉冲宽度和耦合器的长度误差对微分器性能的影响。(3)从时域的角度对对称双芯光纤耦合器的全光微分特性进行了分析,揭示了全光微分特性是模间色散效应的一种特殊情形。(4)提出了基于不对称双芯光纤耦合器的分数阶全光时间微分器的实现方案。设计了三种特定结构的不对称双芯光纤耦合器用来实现0.47阶、0.78阶、和1.1阶微分器,其差错率分别为10.04%、6.11%、22.24%,能量效率分别为20.61%、19.62%、20.39%。分析了耦合器的结构参数与微分阶数的关系,分析了输入脉冲宽度和耦合器的长度误差对微分器性能的影响。