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(Fiber Raman Amplifier,FRA)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,FRA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FRA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FRA开展工作,主要在FRA的数值模拟、优化设计等方面进行了较为深入的基础性研究。主要研究内容和研究结果如下:1.在广泛查阅国内外文献的基础上,对目前主要几种光放大器作了分析比较,重点论述拉曼光纤放大器的历史发展和现状,提出了本课题研究的现实意义。2.论述拉曼散射的基本理论,讨论受激拉曼散射在光纤中的作用,基于此介绍拉曼光纤放大器基本原理和特点,分析了构成FRA系统的泵浦源、增益介质和无源器件的结构和功能,并将这些器件在传输线路中的功能用参数和函数表示出来。然后讨论了包括增益特性、噪声特性、偏振相关性和温度稳定性等拉曼放大器的特性。3.先对FRA的数学模型进行了较全面的分析,并讨论了拉曼耦合方程组的数值求解方法。本文提出用逐步逼近的打靶法来做数值求解。在算法中,综合考虑了在信号放大过程中可能发生的各种效应,因此更符合实际,对数学模型简化后,实现了后向泵浦FRA这一边值问题的数值求解。为拉曼光纤放大器的优化设计提供了可行的计算依据。4.研究一种新颖的宽带拉曼光纤放大器的优化设计方法。通过研究多波长后向泵浦拉曼光纤放大器的传输方程,分两步来确定各泵浦波的频率及输入功率的大小。设计了两个拉曼光纤放大器,一个采用双波长泵浦,得到的平坦增益带宽达50nm,增益不平坦度小于1dB。另一个采用四波长泵浦,得到的平坦增益带宽达80nm,增益不平坦度小于1dB。所得结果证明提出的优化设计方法对于设计多波长泵浦平坦增益带宽拉曼光纤放大器是一种有效的方法。