在目前的光网络中,传输是光,但信号处理依然是在电域进行。随着信息爆炸时代的来临,电信号处理技术在响应速度、处理带宽等方面的局限性日益凸显,对全光信号处理技术的需求愈发迫切。全光时间微分技术作为全光信号处理技术的重要组成部分,可以直接在光域上对信号做微分运算,避免了光-电-光转换,具有响应速度快、运算速率高等优点,在超高速编码、波形检测、超高速感应控制和超短光脉冲整形等领域具有广泛的应用价值,是未来全光网络的重要组成部分。本论文在对全光时间微分器现有实现方案进行充分研究和分析的基础上,提出了基于单模-少模-单模光纤干涉仪的全光时间微分器实现方案,并对其进行了深入的研究和分析。论文取得的主要成果如下:(1)介绍了全光时间微分器的基本工作原理和性能指标,并对全光时间微分器的现有实现方案进行了总结和分析。(2)提出了基于偏芯熔接型单模-双模-单模光纤干涉仪的全光时间微分器实现方案,分析了纤芯偏移量对微分器阶数的影响;在此基础上,结合实际光纤参数,设计实现了0.265阶和0.347阶全光时间微分器,其处理误差分别为16.39%和19.03%。(3)提出了基于轴对称型单模-四模-单模光纤干涉仪的全光时间微分器实现方案,推导出了单模-四模光纤连接处功率耦合系数与微分器阶数之间的关系;在此基础上,结合实际光纤参数,设计实现了0.82阶、1阶和1.22阶全光时间微分器,其处理误差分别为7.08%、5.63%和13.6%。