本论文的主要研究对象是光网络中基于半导体光放大器(SOA)非线性效应的全光信号处理技术，包括全光波长变换技术、全光格式变换技术、全光逻辑NOR门和OR门技术。论文提出了实现四种技术的几种新的方案，通过实验进行了验证，建立了相应的理论模型，并进行了仿真研究。采用这些方案实现的波长变换器、格式变换器、逻辑NOR门和OR门具有结构简单、可集成等优点。第一部分：半导体光放大器的非线性偏振特性及理论模型推导出了考虑半导体光放大器(SOA)长度效应的偏振相关的理论模型。在此理论模型基础上，研究了SOA偏振相关的增益特性、相位特性、光谱特性和啁啾特性。第二部分：基于SOA非线性的全光逻辑NOR和OR技术首次提出了由一个SOA和一个带通滤波器组成的逻辑NOR门，该逻辑门利用了SOA的交叉相位调制(XPM)和蓝移边带滤波两种效应(简称XPM—BF)。在40Gbit／s通过实验进行了验证。通过增加一个偏振控制器和一个偏振分束器(即利用了NPR—BF方案)进一步改善了XPM—BF方案实现的逻辑NOR门的性能。基于SOA的偏振相关的增益饱和模型，建立了XPM—BF、NPR—BF两种方案实现逻辑NOR门的理论模型，仿真实现了两种方案的逻辑NOR功能。对于XPM—BF机制实现的逻辑NOR门，通过数值模拟进一步研究了一些参数对NOR逻辑门性能(消光比ER)的影响，这些参数包括：输入数据信号功率、滤波器中心波长偏移量和带宽、SOA的相位调制系数、输入线偏振光的偏振角度；研究了在NPR—BF机制中，一些参数对NOR逻辑门性能(消光比ER)的影响，这些参数包括：输入数据信号功率、滤波器中心波长偏移量；对这两种方案实现的逻辑门的性能进行了简单的比较。首次提出了将SOA的非线性偏振旋转效应与红移滤波相结合(NPR—RF)实现逻辑OR门的方案，并在20Gbit／s进行了实验验证。借助模拟研究，探讨了在NPR—RF机制中，一些参数对OR逻辑门性能的消光比ER和Q因子的影响，这些参数包括：输入数据信号功率、滤波器中心波长偏移量；并对两种方案(XPM-RF和NPR-RF)实现的逻辑门的性能进行了简单的比较。第三部分：基于SOA非线性的全光波长变换技术和格式变换技术独立提出了实现波长变换的一种新的方案，该方案将SOA的非线性偏振旋转效应和红移边带滤波效应(NPR—RF)相结合。在实验上成功地实现了40Gbit／s的波长变换，波长上变换的范围约17nm；该方案能改进通常的非线性偏振旋转效应所实现的波长变换器的性能；在20 Gbit／s成功地同时实现了两波长变换的输出。运用半导体光放大器偏振相关模型，建立了结合SOA中的非线性偏振旋转和红移边带滤波两种效应的波长变换模型；基于琼斯传输矩阵，仿真实现了波长变换功能；对该种波长变换器的性能进行了数值研究，研究了一些参数对波长变换器性能(消光比ER)的影响，这些参数包括：滤波器中心波长偏移量、数据信号光功率。利用SOA的非线性偏振旋转效应(NPR)实现NRZ—to—RZ格式变换的方案；通过实验成功地实现了10Gbit／s的NRZ—to—RZ格式变换。并将SOA的非线性偏振旋转和红移边带滤波两种效应相结合(简称NPR—RF)，实现了NRZ—to—RZ格式变换，改善了NPR方案实现的格式变换器的性能。运用半导体光放大器偏振相关模型，基于琼斯传输矩阵，仿真实现了这两种方案(NPR、NPR-RF)的格式变换功能。