全光信号处理具有处理高速率、宽带宽、大容量信号的能力,是未来全光通信网络的关键技术,能突破节点光-电-光转换所引起的“电子瓶颈”效应。全光逻辑异或(XOR)作为全光信号处理的关键技术之一,可用于数据编码、信号再生、奇偶校验、标签交换等。半导体光放大器(Semiconductor Optical Amplifier, SOA)可产生多种非线性效应,如交叉增益调制(XGM)、交叉相位调制(XPM)以及四波混频(FWM)等。基于SOA非线性效应实现的全光逻辑异或具有结构紧凑、非线性高、功耗低、性能稳定、易于集成等优点,成为目前研究的热点。光码分复用(Optical Code Division Multiple, OCDM)是将应用在无线通信领域的码分复用技术与光纤通信技术相结合的一种新技术,具备很强的技术优势,是未来宽带无源光网络一个非常有前景的解决方案。将全光逻辑异或应用于OCDM技术中,将进一步提高数据安全性,具有重要的研究意义。本论文主要是对基于SOA非线性效应的全光逻辑异或及其在OCDM中的应用进行了理论分析和仿真研究：首先,阐述了SOA的交叉增益调制、交叉相位调制、四波混频三种非线性效应的基础理论及其功能应用,并分别对基于这三种非线性机制实现的波长转换功能进行仿真和性能分析；其次,对基于SOA非线性效应实现的各种全光逻辑异或方案进行原理介绍和性能分析比较,通过两种方式对基于SOA-MZI结构的逻辑异或和解异或方案进行仿真和性能分析,并找出异或效果最佳的参数点；最后,研究了基于多媒体通信业务产生的多速率OCDM系统以及OCDM加密系统,提出一种基于SOA-MZI实现的多速率OCDM加密系统,并对该加密系统进行了仿真,仿真结果证明了该方案切实可行,将对未来全光安全网络的实现具有参考意义。