基于半导体光放大器（SOA）的超快非线性干涉仪（UNI）具有结构简单、性能稳定、工作速率高等优点。UNI在全光通信系统中有着广泛的应用，包括全光时分解复用器、全光采样、全光码型转换等。本文在国家自然科学基金（60407001）、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UNI的全光逻辑门的应用进行了深入的理论和实验研究，取得了一定的研究成果。主要内容和研究成果如下：　　 (1)分析了UNI的研究意义，阐述了UNI的研究概括。　　 (2)从载流子浓度速率方程和光功率传输方程出发，基于SOA的分段数值模型，研究了SOA的稳态和动态增益特性。讨论了脉冲宽度小于10ps时，SOA 超快动态特性的理论模型。　　 (3)利用琼斯矩阵推导了UNI的传输函数，并在此基础上模拟了UNI的开关窗口特性。讨论了SOA注入电流、外界光参数对UNI 窗口特性的影响。利用折叠型干涉仪结构实验验证了40Gb/s的UNI开关特性。　　 (4)基于UNI实现了40Gb/s 全光采样的数值模拟。分析了UNI作为光采样门时的线性度，讨论了输入信号光的动态范围。最后模拟了采样输出的眼图。　　 (5)提出了一种用折叠式UNI 实现全光非归零（NRZ）到伪归零（PRZ）信号转换的新型方案。分别采用泵浦－探测方案和简易方案进行了数值模拟和实验验证，实现了稳定的40Gb/s的NRZ信号到PRZ信号的码型转换，并分析了影响码型转换输出特性的因素。