全光3R再生(Re-amplifying,Re-timing,Re-shaping)是光通信系统长期追求的重要发展方向.包含一个或两个半导体光放大器(Semiconductor Optical Amplifier,SOA)的干涉仪结构由于所需的控制能量低、结构紧凑、适于集成,在全光3R再生的研究领域受到了广泛的关注.其中将SOA置于光纤环镜中的结构——SOA环镜由于具有固有的稳定性,易于由分立元件构成,因而是目前开展基于SOA的干涉仪器件研究的最佳选择.该文围绕SOA环镜在全光3R再生中的两个应用:全光判决和NRZ(Non-Return-to-Zero)信号时钟分量提取进行了数值模拟和实验研究.具体内容如下:(1)介绍了全光3R再生的研究背景和全光再生器的主要组成部分,回顾了全光时钟恢复和判决的主要实现方案及研究概况.(2)讨论了SOA中的各种非线性效应,推导了SOA中的光场传输方程和载流子速率方程,给出了该文所采用的数值模型.(3)从载流子浓度的速率方程、光功率的传输方程出发,采用分段模型对SOA的静态和动态增益饱和特性、RZ(Return-to-Zero)和NRZ信号通过SOA的放大、以及采用透明光注入加快SOA增益恢复的方法进行了数值模拟.(4)推导了SOA环镜透射和反射功率的表达式,在此基础上对SOA环镜的窗口特性进行了数值模拟,讨论了环镜物理参数和控制脉冲参数对环镜窗口特性的影响,对透明光注入下SOA环镜的窗口特性进行了数值模拟.(5)围绕SOA环镜的全光3R再生功能,分别对SOA环镜的时钟驱动和数据驱动工作模式进行了10Gbit/s的数值模拟,讨论了数据驱动工作模式下再生信号的码型效应及其影响因素,对透明光注入下SOA环镜的再生功能进行了数值模拟,讨论了信号与时钟的相对时钟抖动造成的再生信号的相对强度噪声及其对环镜误码特性的影响.(6)分别对采用SOA环镜实现NRZ信号时钟分量提取的泵浦—探测方案和简化方案进行了2.5Gbit/s和10Gbit/s的数值模拟,并进行了2.5Gbit/s的实验验证.对泵浦—探测方案的模拟中发现的新现象:采用SOA环镜同时实现NRZ信号时钟分量的提取和反相的波长转换进行了2.5Gbit/s的实验验证.