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。

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。

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。

为提高拉曼光纤放大器(RFA)的放大带宽和光纤通信系统的传输容量，利用4个不同波长的泵浦设计了带宽为100 nm的宽带RFA。在对拉曼耦合波微分方程数值求解的同时，结合粒子群优化算法优化了4个泵浦的波长及功率，得到了3组平均开关增益分别为18.690 9、19.638 7和21.764 1 dB，所对应的增益平坦度分别为0.879 7、0.914 4和0.945 2 dB的优化结果。基于3组优化后的泵浦功率和泵浦波长，对粒子群优化算法的边界条件进行改进，进一步提升了RFA的性能，也使算法的性能得到改善。最终实现了增益为22.480 4 dB、增益平坦度为0.696 3 dB的宽带RFA。同时，对算法中的惯性权重和学习因子等参数进行了适当的调整，用来分析对比不同参数选择时优化结果如何变化，分析对比的结果为算法参数的选择提供了参考。

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.

为了对分布式宽带光纤拉曼放大器增益平坦度改善方法的研究，采用受激拉曼散射功率耦合方程，建立了抽运、信号相互作用的数学模型，在此基础上对C+L波段信号开关增益进行了数值仿真，分析了影响增益平坦度的主要因素，并通过合理配置抽运激光功率，使得C+L增益平坦度获得了极大的改善，改善后增益平坦度小于1 dB，计算结果表明，合理的激光功率配置对于改善宽带光纤拉曼放大器增益平坦度是一种简单而十分有效的方法。

为了对后向抽运分布式宽带光纤喇曼放大器的特性进行实验研究，采用多波长1426nm，1440nm，1460nm，1475nm和1495nm的半导体激光器作为抽运源，实现了C+L波段近80nm带宽的信号光放大，获得了比较好的平坦增益、偏振相关增益，系统平均开关增益为10.7dB，增益平坦度为1.5dB,最大噪声指数为-1.96dB，偏振相关增益小于0.4dB。结果表明，光纤喇曼放大器的抽运源波长、功率选择比较合理，系统所有技术指标均满足光纤通信使用要求。这一结果将对通信产业化发展有着重要的指导作用。

为了研究分布式光纤喇曼放大器研制过程关键技术,采用数值分析与实验相结合的方法,从理论上分析了受激喇曼散射耦合方程组,并对抽运光、信号光之间相互作用过程进行数值模拟,选择了满足增益要求的抽运源数目、波长和功率参量。实验上通过调节抽运功率配置,得到了C+L波段信号净开关增益大于10dB,平坦度小于1.6dB,偏振相关增益小于0.4dB,偏振模色散小于0.16ps。实验结果表明,本系统选择的抽运源参量完全满足喇曼增益设计要求,系统技术指标达到通信使用标准。

采用神经网络的方法,利用其对于输入、输出参量已知,但解析关系未知的函数具有良好逼近能力的这一特点,构造了双层(2-5-1型)反向传播(BP)神经网络.利用数值优化技术的LM算法训练该网络,获得了宽带拉曼光纤放大器(FRA)中增益带宽、增益平坦度与抽运光数目配置的非线性依赖关系.模拟结果表明:在增益平坦度确定的条件下,不同增益带宽处,抽运光数目必存在下限值.