随着通信技术的发展,通信波段由C带(1528-1562nm)向L带(1570-1610nm)和S带(1485-1520nm)扩展。拉曼光纤放大器(Raman Fiber Amplifier,RFA)基于受激拉曼散射机制,是唯一能在1270nm到1670nm的全波段上进行光放大的器件。同时,RFA还具有宽带放大特性、噪声系数低以及可用普通光纤作为增益介质等内在优势。这使得RFA成为近年来研究的热点,在光通信方面有广泛的、极具吸引力的应用前景。本论文围绕RFA开展工作,主要在RFA的数值模拟、优化设计以及分布式RFA研制等方面进行了较为深入的基础性研究。准确的数值模拟RFA的放大过程,可以为设计放大器提供合理的参考。平均功率分析法是解决两点多边值问题最常用的方法,与基于普通耦合微分方程的直接积分法相比,平均功率分析法可使计算时间减少两个数量级以上。本文提出了基于平均功率分析法的矩阵迭代算法,这种算法结合了平均功率法的快速和矩阵迭代法的简单易控制的优点,在保证计算精度的情况下能提高计算速度。利用这种算法,以Microsoft Visual C++ 6.0为开发工具,编写了面向用户的RFA的仿真软件,该软件为实际制作RFA提供了较好的参考。在此基础上,重点计算了多波长后向泵浦RFA的各项性能指标。为了优化设计RFA,本文提出了新的优化算法,即基于遗传算法的模拟退火算法。这种优化算法既可以改善遗传算法局部搜索能力较弱的特点,又能解决模拟退火算法不能充分利用启发信息的缺陷,进一步提高优化质量与搜索效率,达到上述单一算法无法达到的效果。我们运用该仿真软件设计了分布式RFA的实验方案,通过实验研究和各项性能测试证明该方案满足密集波分复用(DWDM)传输系统的要求,达到了原设计预期效果。