掺铒光纤放大器(EDFA)具有噪声低、增益高、带宽大、泵浦效率高和工作性能稳定等优点,广泛地应用于各种光通信系统特别是波分复用(WDM)系统中,是光纤通信系统的关键器件。本论文结合留学归国人员基金的科研项目,对EDFA的基本理论、特性参数及其在WDM城域网中应用等问题进行了研究。WDM技术在长途干线通信中已经获得了广泛的应用。在城域网中,由于成本等原因,该技术暂时还难于普遍应用,其中一个主要的制约因素就是多信道EDFA的使用。由于多信道EDFA常采用内部滤波技术使增益谱平坦,因此造价昂贵,使系统成本提高。同时,多信道EDFA在应用时其增益平坦度只能在某些工作条件下得到保证,而在另外的条件下增益仍然不平坦。这使得EDFA增益的动态范围变小,灵活性变差。单信道EDFA虽然增益谱不平坦,但造价低,灵活性好,能通过精心设计EDFA的结构参数,使其满足WDM城域网系统的要求,这样使系统的成本大大降低,系统的灵活性也得到了保证。本文首先回顾了光纤通信的发展概况,介绍了EDFA的基本结构。然后基于掺铒光纤的三能级模型,考虑正反向ASE的影响,建立了EDFA多信道工作情况下的功率传输方程。根据EDFA理论的模型,详细分析了EDFA的各种特性参数,包括EDFA的增益特性、饱和输出特性和噪声特性,而且分析了泵浦方式对EDFA特性的影响。在正向泵浦方式下针对城域网WDM系统中的前置光放大器,分析了单信道EDFA在WDM系统中应用的可能性。理论分析表明,通过合理选择EDF的长度,可以使单信道EDFA满足城域网WDM系统的要求。研究表明EDFA放大器的增益一般与输入信号总功率有关,当WDM系统中复用的信道数增加或减小时以及某些信道输入功率突然变化时,增益就将发生变化,这将影响系统的性能。因此必须保证放大器的增益特性恒定。为此进一步分析了EDFA的动态特性和增益箝制问题。为了节约成本并更好地研究EDFA的各种特性,自己编制了能够模拟仿真EDFA性能的可视化分析软件。此软件不仅可以模拟单信道工作时EDFA增益特性和噪声特性,而且可以模拟多信道传输时的静态和动态特性,能为设计EDFA提供很好的理论参考。