基于EDFA的理论模型和受激拉曼散射效应的分析理论, 利用EDFA和RFA的增益谱互补特性, 对拉曼光纤放大器(RFA)采用两根光纤级联方式, 研究并设计了EDFA与级联光纤的RFA相结合的混合放大器结构。仿真结果表明: 在不使用增益均衡器的条件下, 所设计的混合光纤放大器在输出端得到了近似相等的输出光功率, 得到了增益平坦度为0.62 dB、波长带宽为70 nm(1 550~1 620 nm)的结果, 在密集波分复用光通信系统中有重要的应用价值。

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。

高峰值功率、高稳定性以及优越光束质量的激光光源是材料加工与处理的理想选择。利用重复频率为120 kHz 、脉宽为220 ps、平均功率为26 μW 的种子光源，经过光纤和固体组成的混合放大系统，最终得到平均功率为39.2 W 的激光输出，峰值功率达到1.5 MW。预放大器由两级光纤放大器组成，功率放大器为四级端面抽运的Nd:YVO4固体放大器，通过控制晶体掺杂浓度、晶体温度以及抽运光束直径，并且调节各个放大级中的填充因子，最终得到输出光束的光束质量因子为M2=1.3。

采用改进的模拟退火算法对Raman／EDFA混合放大器的增益谱进行了优化，根据EDFA及Raman的功率传播方程获得了简洁的目标函数．通过对模拟退火算法几个优化环节的改进，使其能够更快速地应用于Raman／EDFA的多峰值问题的优化设计，可以在短时间内获得最优的放大器参量．计算结果表明选择合适的喇曼抽运波长和抽运功率，仅用4个反向抽运的分布式喇曼放大器加C波段的EDFA就可以获得C+L波段约70nm的带宽、开关增益达到15dB、最大增益波动小于1．2dB的平坦增益谱，而且无需额外的平坦滤波器．

通过实验比较了前向抽运拉曼光纤放大器与掺铒光纤放大器组成的混合放大器、后向抽运拉曼光纤放大器与掺铒光纤放大器组成的混合放大器的性能。实验采用75 km标准单模光纤作为增益介质。采用20信道(符合ITU T建议的波分复用信号),波长为1537.377～1560.605 nm,作为混合放大器的测试信号。20信道总功率 -2.86 dBm,??每一信道用2.5 Gb/s、码长2??7 1的非归零码通过电吸收调制器(EA)进行外调制。实验结果表明,前向抽运方式混合放大器的性能优于后向抽运方式的混合放大器,其中噪声系数的改善值为2.28～6.55 dB。采用前向抽运时,各信道的增益同后向抽运相比,增加值均大于5 dB。但不论采取那种抽运方式,采用混合放大的形式,各信道的光信噪比均大于26.9 dB。

采用遗传算法对Raman+EDFA混合放大器的增益谱进行了优化，根据二能级近似的EDFA模型及Raman功率耦合方程获得了简洁的适应度函数形式，可以在短时间内获得最优的放大器参数。计算表明，通过选择合适的拉曼抽运波长和抽运功率以及EDFA的平均反转度，仅用三个抽运源反向抽运的分布拉曼放大器加C-EDFA就可以获得在1542～1602 nm共60 nm带宽上最大增益波动小于1 dB的平坦增益谱而无需额外的平坦滤波器。并对混合放大器的设计进行了讨论。