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本论文主要对多波长全光3R再生和全光逻辑的关键技术进行了理论和实验研究。其中多波长全光3R再生技术的研究目的是研究和开发可应用于WDM光通信系统中的多波长信号的3R再生系统,主要进行了多波长全光时钟提取和多波长判决等关键技术的实验研究;在全光逻辑方面,主要利用半导体光放大器(SOA)实现可重构全光基础逻辑,并在此基础上进一步实现了全光组合逻辑。在多波长全光时钟提取方面,以F-P滤波器为全光时钟提取的核心单元。分析了F-P滤波器的工作原理和传递函数,从时域和频域两方面对F-P滤波器用于时钟提取的性能进行了分析。通过数学模型和软件仿真,研究了不同参数对时钟提取质量的影响,首次以低精细度F-P滤波器完成了双波长的10Gbit/s归零码的时钟提取实验,验证了F-P滤波器用于多波长时钟提取的可行性;以波长变换结合高精细度F-P滤波器完成了波长不敏感的40Gbit/s信号光时钟提取实验。实验表明:利用F-P滤波器完全可以实现多波长的时钟提取。在多波长全光判决方面,以基于HNLF的参量放大器作为全光判决的核心器件。分析了光纤光参量放大的数值模型,研究了泵浦光为时钟强度调制时参量放大的光开关特性。在此基础之上,通过实验以10Gbit/s归零码验证了参量放大器作为全光判决的再生能力。主要研究了系统在改变输入信号波长、信号传输的距离、信号信噪比情况下,对恶化信号的再生能力。首次提出了在光纤参量放大中,采用相位调制的时钟泵浦光,且相邻信道偏振正交的异步网络多波长全光判决实验方案。由于参量放大中,强度调制的泵浦光需要较高的光功率来产生光开关窗口,在异步多波长判决中要求多个泵浦光分别进行光判决,从而导致多个通道的相邻通道之间出现四波混频(FWM)和交叉相位调制(XPM)等相互串扰问题,最终影响多波长判决的再生效果。对于FWM可以采用相邻信道的偏振正交来有效地抑制;而相位调制时钟的采用,将使相邻信道的XPM得到抑制。在此基础之上,我们又首次提出了基于色散效应的时钟泵浦预处理方案。利用光纤色散导致时钟泵浦的两个一阶边带之间的相对相位变化使之成为准连续光,采用处理后的时钟泵浦光进行参量放大产生判决门,同样可有效地抑制相邻信道间的XPM干扰,并通过实验验证了该方案的正确性。在全光逻辑方面,首次实现了基于单个半导体光放大器(SOA)的可重构全光基础逻辑,并在此基础上完成了基于两个级联SOA全光组合逻辑的10 Gbit/s的全光半加器和半减器系统实验。