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。

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。

为了分析同向抽运与反向抽运光纤拉曼放大器的最大拉曼增益，基于耦合微分方程，采用理论推导的方法，根据不同抽运结构下信号光放大的不同实际情况定义并推导出同向抽运光纤拉曼放大器和反向抽运光纤拉曼放大器的最大拉曼增益公式。然后，详细分析了各个参数对两种抽运方式下光纤拉曼放大器的最大拉曼增益的影响。对两种抽运方式下相同参数引起的最大拉曼增益进行了比较。结果表明，同样的参数对同向抽运与反向抽运光纤拉曼放大器最大拉曼增益的影响有相同的地方，也有不同的地方。最后，将最大拉曼增益和常用的开关增益进行了比较。对光纤拉曼放大器的实验、成本估计和器件效率等研究有重要参考意义。

为了获得具有高增益、低噪声和增益平坦度良好等特性的宽带混合放大器, 分别采用EDFA (掺铒光纤放大器)与FRA (光纤拉曼放大器)理论模型, 设计了EDFA+FRA HFA(混合放大器)的结构, 搭建了HFA系统, 优化了HFA性能参数, 研究了HFA的增益、带宽、平坦度和噪声指数等重要性能。通过FRA增益斜率与EDFA增益斜率进行互补, HFA的各项性能指标集中了EDFA和FRA的优点, 弥补了各自的不足, 这对高速率、大容量和宽带宽的长距离光纤通信具有重要意义。

为了对反向抽运光纤拉曼放大器的功率转换效率进行研究,由耦合方程出发,采用龙格库塔算法和打靶法相结合的数值模拟方法,详细分析所有物理因素对反向抽运光纤拉曼放大器功率转换效率的影响.结果表明:功率转换效率先随着光纤长度增加而增加,当增加到最大值时保持数值不变;功率转换效率随着初始信号光功率、光纤拉曼增益系数、信号光损耗系数增加而增加,随着光纤有效面积、抽运光损耗系数、抽运光与信号光的频率比增加而减小;功率转换效率和初始抽运光功率呈抛物线曲线关系.所得结论对反向抽运光纤拉曼放大器功率转换效率的进一步研究以及光纤拉曼放大器的其他相关研究有重要参考意义.