为改善密集波分复用系统中光纤放大器的增益平坦度和传输带宽，基于两段非同种光纤建立了一种多波长泵浦与级联技术相结合的理论模型，在不同位置注入不同波长组合模式的泵浦光。通过多泵浦同时抽运拓宽带宽、光纤级联平坦增益波动,利用四阶龙格-库塔法对N信道拉曼耦合波方程进行数值求解，采用具有高拟合度的傅里叶曲线拟合仿真谱线，使光纤拉曼放大器实现先放大后补偿，提升了信号光的传输带宽和平均增益值，在不使用增益均衡器的条件下能维持理想的增益平坦度。仿真结果表明，最终放大器平均增益值为36.75 dB，传输带宽为57 nm，增益平坦度仅为0.03 dB，能够为光纤拉曼放大器的设计提供参考。

研究了相位共轭信号在长距离无中继传输系统中的抗非线性效应的性能。通过构建相应的仿真系统, 对比分析了单偏振信号与相位共轭信号的性能差异。仿真结果表明, 对于无中继传输系统, 相位共轭信号的色散预补偿与有中继传输系统有所差别。在传输信号为32-GBaud的QPSK、传输距离为330km以及后向泵浦设置为0.8W的情况下, 当前向泵浦为0.4, 0.6以及0.8W时, 相较于单偏振传输信号, 相位共轭信号的BER性能均可提高2dB以上。此外, 相对于单偏振信号, 相位共轭信号的传输距离约提升10%。

随着无中继光纤传输系统的广泛应用, 其复杂度与成本成为需要考虑的因素。提出了一种简化的无中继传输系统, 采用斯托克斯矢量-直接检测(SV-DD)代替相干接收机。仿真研究了单波与三波复用情况下的128 Gb/s 16QAM信号传输系统性能。仿真结果表明: 该系统能够很好地将信号解调出来, 前向与后向喇曼泵浦在功率为0.6 W和0.8 W情况下性能较好, 能够承受约400 ps·nm-1的残余色散。

利用双向抽运拉曼放大器实现了4×100 Gbit·s ^-1光网络传输295 km(68.85 dB)的应用,测试了系统的光学信噪比、传输余量及长期误码特性,仿真了双向抽运拉曼放大器在4×100 Gbit·s ^-1传输系统中的功率演化过程。研究结果表明,双向抽运拉曼放大器的应用需综合考虑信号输入功率、前后向拉曼增益及经济成本等。

晶体拉曼放大器是获得高光束质量、高光谱纯度、高功率拉曼激光的重要途径。通过引入四个归一化综合参量, 推导出了外腔拉曼放大器的归一化输运方程组。通过数值求解该输运方程组得到了描述拉曼放大器运转的一组普适理论曲线; 分析了复合归一化变量对拉曼放大器性能的影响; 研究了晶体拉曼放大器放大率、放大后拉曼脉冲形状、光-光转换效率等参量在泵浦脉冲功率密度、泵浦脉冲与被放大脉冲相对宽度、泵浦脉冲与被放大脉冲时间重叠性等条件的变化规律。用实验数据对归一化理论进行了验证, 结果表明, 理论结果与实验数据相吻合, 证明了文中理论计算的正确性和可行性。

为了提升光载射频传输链路的链路增益以及传输距离, 采用了L波段的超长分布式2阶喇曼放大器结构对光信号进行放大。从理论上对分布式2阶喇曼放大器以及光载射频传输链路的原理进行了解释, 利用信号光、1阶抽运光、2阶抽运光以及噪声之间的耦合方程组分析了它们之间的关系, 并且得到了基于超长分布式2阶喇曼放大器的光载射频传输系统的1阶射频信号增益。通过数值仿真以及系统实验得到了抽运功率大小对超长分布式2阶喇曼放大器的开关增益的影响、光载射频传输系统在0GHz~7GHz范围内的频率响应及其射频增益以及该光载射频传输链路在应用超长分布式2阶喇曼放大器后的相位噪声情况。结果表明, 光载射频传输在超长分布式2阶喇曼放大器的作用下获得了28.1dB的链路增益, 在距离为80.94km的光链路上实现了近似无损传输, 射频信号开关增益与射频信号频率无关。该研究在光载射频链路的长距离传输中有重要的应用价值。

为解决传统拉曼放大器增益系数低和增益不平坦的问题, 采用级联光子晶体光纤的设计方法设计了一种增益平坦的拉曼光纤放大器.采用受激拉曼散射效应的稳态分析理论, 分析了光子晶体光纤的拉曼增益谱, 建立了拉曼放大器的理论模型.通过解耦合方程, 推导了实现增益平坦的约束条件, 发现光纤长度和泵浦功率是影响拉曼光纤放大器增益平坦度的两个参数.仿真结果表明, 在1 508~1 544 nm的带宽范围内, 实现了一个增益高达21 dB, 增益平坦度仅为0.14 dB的光子晶体拉曼光纤放大器, 可在光纤通信系统应用中发挥重要作用.

介绍了二阶DRA(分布式拉曼放大器)的结构原理和等效噪声指数, 在此基础上, 通过实验和理论分析研究了二阶DRA的噪声特性与一阶二阶泵浦注入比例的关系。结果表明, 放大器增益基本不变时, 二阶泵浦光注入比例越大, 等效噪声指数越小; 通过适当地调整一阶二阶泵浦功率, 可使放大器工作在更小噪声条件下, 使整个系统的噪声性能得以提升。

讨论了分时复用（TDM）抽运光纤拉曼放大器的增益平坦特性, 基于拉曼增益谱理论, 建立了光纤拉曼放大器的开关增益与光纤特性的关系表达式。通过数值模拟发现, 信号增益平坦随抽运功率组合的不同有规律地起伏变化。通过优化抽运功率组合, 实现了TDM抽运光纤拉曼放大器增益的平坦化。

基于光纤拉曼放大器(FRA)的非线性耦合方程，采用数值计算的方法首次系统分析了双向多泵浦FRA系统中的偏振相关增益(PDG)特性。根据4个泵浦光源配置的不同，FRA有14种结构。首先整体分析了这14种不同FRA结构中PDG的特点；然后对其中一种结构FRA系统中PDG的特性进行了更具体的分析，包括泵浦-信号、泵浦-泵浦以及信号-信号拉曼相互作用所产生的PDG。研究结果表明，当泵浦总数目一定时，反向泵浦数目越多，其PDG均值越小；当泵浦总数目和反向泵浦数目都一定时，PDG的大小与反向泵浦光波长关系不大；双向多泵浦FRA系统中的PDG主要由泵浦-信号拉曼相互作用所产生的PDG决定。以上结果对有效降低双向多泵浦FRA系统中的PDG有重要的参考价值。