随着智能终端的出现以及新型业务的迅猛发展,网络中的信息流量一直处于爆炸式增长中,作为移动网络、互联网以及物联网的物理承载层,光通信与网络技术也在不断地演进与发展,以适应日益增长的带宽需求。未来光传输将朝着超高速、超大容量、超长距离以及低能耗的方向发展,光网络、光接入将朝着SDN （Software-defined networks）的方向演进,从而适应未来光通信与网络智能高效、绿色环保及灵活可重构等发展趋势。全光信号处理技术一直是光通信领域的研究热点,具有处理速度高、灵活节能等优势,是实现未来光传输和未来软件定义光网络、光接入的关键技术。实现全光信号处理技术的诸多介质中,硅基由于CMOS工艺兼容、价格低、通信波段光透明、高折射率、尺寸小、能耗低以及便于与现有的电子器件和光子器件实现单片、微纳集成等优点,成为全光信号处理技术的理想介质。但由于硅具有对称性的晶体结构,其本身不具有实现Pockels电光调制效应以及其它二阶非线性效应的二价非线性极化率。利用应力可以打破硅的对称性结构,在硅中诱导出二阶非线性极化率,这种利用应力打破其对称性结构的硅称为应变硅。应变硅中被应力诱导出的二阶非线性极化率可以用来实现硅基电光调制等其它信号处理技术,对实现光电集成、促进光通信的发展具有重要意义。此外,半导体光放大器（SOA,Semiconductor Optical Amplifiers）作为一种有源器件,由于具有较高的非线性、低功耗以及易于集成的特点,近二三十年以来,也被广泛用于全光信号处理。本文对应变硅相关技术以及基于SOA的全光信号处理技术进行研究,主要研究工作和创新点包括:（1）提出一种实现应变硅的新方法——SIMOX3D雕刻技术,该方法通过SiO2条状掩膜、氧离子注入以及高温退火,形成埋层硅波导,SIMOXSi02的体积膨胀挤压埋层硅波导,在硅波导中产生应力,从而实现埋层应变硅波导结构,而顶层硅可以用来制作其它光电器件,从而实现3D光子集成。利用该技术实际制作硅波导,并且利用拉曼光谱技术对其中的应力进行测量,其应力大小为-163MPa,证明了利用该技术实现应变硅波导的可行性。（2）建立SIMOX3D雕刻技术的力学模型,其主要包括应力产生和应力松弛两个部分,利用该力学模型模拟分析了埋层硅波导中应力分布,模拟的应力与实验测量的应力相吻合,验证了力学模型的准确性。此外,该力学模型还可以用来分析埋层硅波导中的应变梯度。（3）利用针尖增强拉曼光谱（TERS）技术对应变硅波导进行高分辨率的应力测量,搭建原子力-针尖增强拉曼（AFM-TERS）实验平台,从拉曼散射理论出发,建立TERS系统的拉曼散射模型,将针尖引起的偏振改变和电场增强、入射光偏振态、入射光侧向入射角度以及硅的晶向都考虑进TERS拉曼散射模型,同时建立TERS拉曼谱峰值偏移-应力模型。利用所搭建的AFM-TERS拉曼系统对SIMOX 3D雕刻的硅波导进行应力测量,根据拉曼谱峰值偏移-应力模型,得到SIMOX 3D雕刻硅波导中分辨率为20nm的应力分布图。分析了 SIMOX 3D雕刻硅波导中的应变诱导的二阶非线性极化率,其中心区域的二阶非线性极化率大约为0.9pm/V,其结果表明SIMOX 3D雕刻硅波导可以作为一种潜在的面向电光调制器以及信号处理的新型的波导结构。（4）提出一种基于SOA中NPR效应的全光量化编码方案,该全光量化编码方案由量化编码单元阵列组成,每一个量化编码单元包括初步量化编码模块和增益动态补偿模块,初步量化编码模块和增益动态补偿模块都通过基于SOA中NPR效应的偏振开关（PSW）实现。通过建立SOA中光场的传输方程和载流子速率方程,建立PSW的数学模型。通过数值实验,研究PSW的转移函数曲线随SOA注入电流、探测光入射偏振角度、泵浦光入射偏振角度以及不同SOA的变化关系。最后,通过优化全光量化编码方案中的各个PSW的参数,实现分辨率为3bit的量化编码,并且对全光量化编码方案的性能进行了分析。所提全光量化编码方案具有高速率、高分辨率以及易于扩展的优点,同时该量化编码方案也具有低能耗和便于光子集成的优点。