第二代网络在传送信息时存在电子瓶颈,而全光网络能克服这个问题,减少网络拥塞,具有传输信息容量大,质量高,传输速率透明,较高的灵活性和可靠性等特点。未来光纤通信技术发展的最高阶段无疑是全光网络。全光开关作为全光通信技术、全光计算、全光通信传输系统等的关键元器件,能在光域上实现各种逻辑操作,无需光电转换,成为近年来研究的热点。本文具体的研究成果和工作如下:1.本文介绍了光纤中光脉冲在其中传输时的非线性方程,并推导了光纤耦合器的耦合模方程。简单介绍了两芯耦合器的结构,讨论了其开关特性。当能量比较低的连续光入射到耦合器中时,可忽略其非线性,此时的状态是线性的;当能量比较高的连续光入射时,耦合器的工作状态是非线性的,利用非线性耦合器可以做成全光开关。2.本文研究了在掺铒光纤耦合器中基于共振非线性效应的全光逻辑门,共振非线性来源于铒离子的能级跃迁,这与克尔非线性不同,克尔非线性效应来源于三阶极化率,共振非线性效应比克尔非线性效应更加显著。对于掺杂铒离子的光纤来说,当波长为980 nm的强泵浦光照射到上面时,泵浦光的光子就会被铒离子吸收,从⁴I_（15）/2（基态）跃迁至⁴I_（13）/2（亚稳态）,导致粒子数反转,波长为1550 nm的信号光被放大,传播常数产生复数的变化,其实部与折射率的变化成正比,虚部与增益的变化成正比,并且两者的变化都与泵浦的功率变化有关系。本文介绍了铒离子的三能级模型图,讨论了共振非线性效应产生的原理,并推导出基于共振非线性全光逻辑门的耦合模方程。在此基础上进行MATLAB仿真研究。当输入初始相位相同的信号光时,在掺铒光纤耦合器的纤芯（40）中,信号光（波长为1550 nm）与泵浦光（波长为980 nm）通过波分复用器（WDM）同时入射进入其中,而在纤芯（47）中只有信号光。由于泵浦光的波长明显不同于信号光的波长,泵浦光会保持在纤芯（40）中,纤芯（40）受泵浦光作用产生增益而纤芯（47）不发生变化。由于共振非线性效应,导致纤芯（40）和（47）中信号光相位发生改变,在输出端口C和D实现开关转换。通过改变泵浦光功率、输入信号的不同功率组合,可以实现不同的逻辑门。输入初始相位不同的信号光即让两个输入信号在开始入射时存在相位差,也可以实现开关功能。本文还仿真了泵浦光功率、信号光相位差和消光比三者之间的三维图。研究表明,基于共振非线性效应的全光逻辑门可以降低开关的阈值功率,所需泵浦光的功率可以下降到毫瓦量级,从而避免了对光纤造成损坏。3.本文研究了基于波长转换技术的全光逻辑门。介绍了多种波长转换技术的原理,并分析比较了它们的优缺点。本文研究的波长转换技术是基于光纤交叉相位调制（XPM）,利用光Kerr效应实现的,并且为了降低所需泵浦光的功率,避免对光纤造成损坏,采用具有高非线性的三氧化二铋光纤。被调制的泵浦光信号,经过功率放大后,与弱连续光一起入射到适当长度的光纤中。泵浦光与弱连续光会产生交叉相位调制,导致弱连续光的输出功率在两波导间转换,并且信号从泵浦光上转移到弱连续光上,实现了波长转换。研究表明基于波长转换的全光逻辑门具有比较高的开关对比度,更好的开关特性。本文在前人研究光纤耦合器的开关特性的基础上,深入研究了基于共振非线性和基于波长转换技术的全光逻辑门。以往研究的全光逻辑门一般是基于克尔效应,所需开关的阈值功率在几十千瓦量级,基于共振非线性效应的全光逻辑门将开关的阈值功率降到毫瓦量级,大大减小了对光纤的损坏。基于波长转换技术的全光逻辑门利用光纤kerr效应、高非线性光纤,具有比较高的开关对比度,更好的开关特性,为研究低成本、高速度、实用化的全光开关提供了理论基础。