随着新一代移动通信系统发展，对高数据速率和更大带宽的需求日益增加，利用碲基光纤作为传输介质，采用了两路二阶泵浦和四路一阶泵浦设计的二阶拉曼光纤放大器实现了对C+L全波段信号光进行放大，能够有效缓解带宽增长给光通信网络带来的挑战。首先对简化后的二阶拉曼耦合波方程进行数值求解，再利用合作搜索算法对二阶拉曼光纤放大器泵浦参数进行优化，以达到提升系统输出性能的目的。同时，分析了在相同泵浦参数的配置下一阶拉曼光纤放大器和二阶拉曼光纤放大器的性能以及二阶泵浦光功率、光纤长度这两个重要因素对二阶碲基拉曼光纤放大器平均输出增益和增益平坦度的影响。最终在1530~1630 nm的超宽带宽范围内，设计出的二阶碲基光纤拉曼放大器平均输出增益为27.3601 dB，增益平坦度为0.6601 dB。

提出了一种基于超弱光纤光栅阵列的长距离传感系统。基于超弱光纤光栅的离散分布和高信噪比特点，采用分段采集的方法降低系统对数据缓存和计算能力的要求，利用ZYNQ（ZYNQ-7035 All Programmable SoC）嵌入式底层硬件实现对选定空间上10 km传感段的解调。采用OptiSystem软件仿真分析系统的功率预算，精准设计入纤脉冲光功率以及拉曼光纤放大器的配置，结合电路的动态分段增益，实现长距离传感系统中的功率均衡，并搭建实验系统予以验证。结果表明：系统工作距离可以达到50 km，传感信号的强度波动小于2.2 dB，空间分辨率为1.5 m，解调速度为0.3 Hz，远端的解调精度稳定在6 pm以内，温度测量精度为±0.15 ℃，应变测量精度为±5.5 με。系统整体性能优于传统的分布式布里渊传感系统，且具有良好的可扩展性，在长距离光纤温度、应变感测上具有明显的技术优势。

为了增加喇曼光纤放大器(RFA)的输出带宽, 减小增益平坦度。利用OptiSystem软件仿真分析了不同参数设置下的增益特性与泵浦源的关系, 对泵浦功率、泵浦波长、光纤长度和有效作用面积进行了优化设计与仿真。仿真结果表明: 提出的优化方法可使RFA的增益在设定范围内获得最大值, 并且通过改变相关参数得到较好的增益平坦度。

为了适应下一代6G网络对光纤传输系统大容量、高速率和低时延的要求, 以石英光纤为传输介质, 利用人工蜂群算法设计了二阶多泵浦拉曼光纤放大器。采用龙格-库塔法和打靶法求解二阶多泵浦拉曼光纤放大器的功率耦合波方程, 再通过人工蜂群算法对4个泵浦光的不同排列结构进行优化分析。通过Matlab仿真, 从14种双向泵浦结构中, 得到了性能最优的双向泵浦结构FFBF, 该结构在100 nm带宽范围内的平均增益高达24.8 dB, 增益平坦度仅为0.78 dB, 为6G网络的拉曼光纤放大器的设计和优化提供了参考。

介绍了一种将反向传播(BP)神经网络算法与人工蜂群算法相结合的方法,并用该方法对多泵浦拉曼光纤放大器的设计进行了优化。通过研究多层BP神经网络中的隐藏层层数和神经节点数,确定了最佳的学习模型,该模型可以精准地反映泵浦波长和泵浦功率与拉曼净增益分布间的映射关系,能代替传统求解拉曼耦合波方程的方法。同时,为了提高增益谱的平坦性,采用人工蜂群算法来优化泵浦参数,得到了最优的泵浦波长和泵浦功率。仿真结果表明,通过将训练好的BP神经网络模型加入到人工蜂群算法中,所研究的拉曼放大器达到了期望的增益性能,且其目标值与预测值的最大误差不超过0.29 dB。该设计方案为拉曼光纤放大器的研究提供了新的思路和方法。

由于单个泵浦源的喇曼光纤放大器(RFA)输出增益不平坦且增益较低, 导致光纤通信系统的性能变差, 设计了一个正向三泵结构的RFA。围绕合适的泵浦个数、泵浦波长和泵浦功率对RFA输出增益的影响, 并结合OptiSystem软件对L波段RFA的增益进行优化设计与仿真分析。仿真结果表明: 所设计的RFA实现了在L波段大于10 dB的增益且较为平坦, 最大增益为18.9 dB, 最大噪声系数为8.0 dB。

为了进一步提升二阶拉曼光纤放大器(RFA)的性能指标，对二阶RFA的主要参数进行了分析。首先设计了一个可以通过光开关控制，在二阶和一阶RFA两种模式下切换的结构模型，通过模拟仿真证明了二阶RFA可以提高系统的增益，改善系统的噪声性能，然后针对二阶RFA的增益性能进行了优化，以降低平坦度为优化目标，使用粒子群算法优化泵浦光波长和功率的配置，再经过结构的改进，最终在100 nm带宽范围内实现了增益为24.50 dB，增益平坦度为0.98 dB的二阶RFA。这些结果为以后设计出性能更加完善的二阶RFA提供了参考。

喇曼光纤放大器(RFA)可有效地提高相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)系统的传感距离。为了进一步提高Φ-OTDR的系统传感距离, 采用粒子群优化(PSO)算法对三阶双向RFA的泵浦光功率取值进行优化, 计算了基于三阶双向RFA的Φ-OTDR系统理论最远传感距离, 并设计了仿真实验。仿真分析结果表明: 当探测脉冲宽度大于200 ns时, Φ-OTDR系统经三阶双向RFA放大传感距离可达到200 km以上。

针对密集波分复用光纤通信系统中喇曼光纤放大器的增益平坦度较低、带宽较窄的问题, 从前向多泵浦喇曼放大器耦合方程入手, 采用龙格-库塔法, 使用碲基光纤作为多泵浦喇曼放大器的增益光纤, 通过Matlab分析了多波长泵浦中泵浦数量、泵浦功率和光纤长度对增益及增益平坦度的影响, 最终通过采用6个泵浦, 并合理设置泵浦功率, 实现了100 nm传输带宽的仿真。