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掺铒光纤放大器(EDFA)是实现全光通信网的关键性器件。传统的EDFA由于泵浦效率低，所用掺杂硅酸盐光纤长度都在几米到几十米间，在小型化、集成化上缺陷明显。为了得到厘米量级的EDFA，Er<3+>掺杂浓度必须足够高，但当Er<3+>浓度超过10<25>ions/m<3>时就会因为严重的离子间相互作用而导致浓度淬灭。研究发现采用Er<3+>/yb<3+>共掺及选用磷酸盐玻璃作为基质可以有效地解决浓度淬灭问题。yb<3+>吸收截面比Er<3+>大将近一个量级，而且能将吸收的泵浦功率通过能量转移传递给Er<3+>，从而提高了泵浦效率。磷酸盐玻璃对稀土离子有很高的溶解度，而其高声子能量使得Yb<3+>到Er<3+>的能量传递效率可高达95％。
本文首先对Er<3+>/yb<3+>共掺磷酸盐玻璃光纤放大器增益特性进行了数值模拟。利用五能级速率方程研究了高浓度掺杂下发生的共协上转换与交叉弛豫效应，及Er<3+>/yb<3+>共掺下Yb<3+>到Er<3+>的能量传递，计算了掺杂光纤在泵浦光和信号光作用下不同能级上的粒子数分布。利用有限差分光束传播法模拟了泵浦光和信号光在激发后的掺杂光纤中的传输状况。利用数值模拟，我们分析了Er<3+>浓度、Yb<3+>浓度、光纤长度、泵浦光功率、信号光功率对放大器增益的影响，并与单掺Er<3+>的光纤做了比较，证实了Yb<3+>的掺入能在很大程度上提高吸收效率。数值计算结果表明当泵浦光功率为224mW、信号光功率为-30dBm时，Er<3+>浓度为 2.6x10<26>ionscm<3>、Yb<3+>浓度为1.2×10<27>ions/m<3>的3.6cm光纤增益能达到27.2dB，单位增益量为7.56dB/cm。
在实验部分，采用了一种新的方法来制作光纤预制棒，并利用自制的简易拉丝炉成功拉制出无掺杂光纤。由于掺杂玻璃烧制的滞后，我们利用国外公司制作的光纤进行放大器实验。测量了单程前向泵浦高增益磷酸盐光纤的放大的自发辐射(ASE)谱及其输出功率，研究了高增益 Er<3+>/Yb<3+>共掺磷酸盐光纤放大器的增益和噪声系数。在1535nm处，小信号输入时长度为7.5cm的光纤的内增益可达32.9dB，单位增益为4.4dB/cm。