本论文主要围绕全光时钟提取和光判决两项关键技术展开工作。 针对全光3R再生方案中的关键器件SOA，进行了详尽的理论分析，数值模拟了脉冲在其中的传输和增益饱和特性。对SOA中交叉增益调制(XGM)和交叉相位调制(XPM)进行了研究，数值仿真了基于SOA的波长变换，分析研究了各种外部参数和SOA内部参数对波长变换的影响。同时进行了相应的10～40Gbit/s波长变换实验，验证了数值模拟的结果，为在3R实验中合理有效地使用SOA提供了理论和实验依据。 在就光纤锁模激光器研究实验的基础上，对基于SOA的注入锁模光纤激光器进行了分析，完成了10～40Gbit/s的时钟提取实验，成功提取出10～40GHz时钟脉冲。同时，实验和分析了锁模激光器各项参数对时钟提取的影响。另外，针对锁模激光器的不稳定因素，首次提出了一种使用大色散腔加腔长稳定装置的稳定方案，获得了理想的效果。 在对法布里-珀罗(F-P)滤波器特性研究的基础上，数值模拟了不同精细度、中心波长偏移时F-P滤波器进行全光时钟提取的实验，分析了其输出抖动。提出了一套直接利用高精细度法布里-珀罗(F-P)滤波器进行时钟提取的方案，并成功地利用此方法实现了40Gbit/s时钟提取实验，得到了高质量的时钟脉冲。同时仿真和实验了利用SOA的饱和放大效应对F-P滤波器提取出的时钟进行均衡，得到了理想结果。 研究了TOAD和UNI的工作原理，对它们的开关窗口进行了数值模拟，分析和仿真了各种参数变化对TOAD和UNI的影响，为开关窗口的最优化设计提供理论基础。基于以上的理论分析和模拟仿真，对TOAD和UNI进行了实验研究，验证了实验中各因素对开关窗口的影响。 在SOA特性分析和模型的基础上，对直接基于SOA-XGM的全光判决方案进行了分析，数值模拟了基于SOA的判决系统，并进行了相应分析。为整个3R再生系统的实现奠定了基础。 在以上各项工作的基础上，成功完成了40Gbit/s全光3R再生系统实验和性能测试。在实验中，对输入信号进行了恶化，经过3R再生后，得到了理想的再生信号。