自1978年第一个光纤通信实验开始,光纤通信技术逐步投入了商用,距今己经历了20多年。光通信的单信道速率也从当时的45Mbit/s发展到现在的40Gbit/s。随着各种数据业务对传输带宽需求的不断增长,如何利用现有的光纤传输系统,进一步提高通信容量,满足日益膨胀的需求,己成为光通信领域研究的热点。采用波分复用(WDM)技术能够大幅度提高系统的传输容量,所以近年来波分复用加掺铒光纤放大器(WDM+EDFA)技术已经成为高速率、大容量光纤通信系统发展的主流。但是在长距离、高速波分复用系统中级联使用EDFA还面临着一些问题:(1)带宽问题,传统的C带(1530nm~1565nm)带宽已不能够满足WDM系统传输容量的要求,需要进一步拓展。(2)增益平坦问题,由于EDFA中工作物质铒离子能级结构的影响,EDFA对光信号的放大特性也有其固有的缺陷:EDFA对不同波长的光信号的增益并不完全相同,即其增益谱不平坦,因此一组强度相同的光信号经过放大后强度会有所不同而产生偏差。光信号经级联放大后这种偏差不断积累,最终导致光信号失真,误码率增高。(3)增益箝制问题,这是由网络管理(如WDM信道的上下线、网络重构、设备升级和保护开关等)所引起的。由于在WDM系统中,各个信道共用光有源器件(如EDFA),对某一信道的网络操作有可能影响其它信道的功率和噪声特性。为了减少这种影响,EDFA的自动增益控制(AGC)极其重要。本文围绕上述问题进行了理论方面的研究,以期对EDFA在WDM系统中的应用有一个理论上的指导。本论文首先较全面的介绍了在光通信领域中应用的各种光放大器,重点讲述了EDFA的发展历史和近年来的研究进展。其次对现有的EDFA模型进行了较为详细的理论研究,重点推导了应用最为广泛的Saleh和Giles模型。然后基于Giles模型,运用打靶法对C波段和L波段EDFA进行了数值模拟和结果分析,并研究了L-EDFA本征平坦增益特性,确定了形成平坦增益的最佳粒子数反转条件(~40%)。利用EDFA前端加入一个光纤环行镜(FLM)反射后向ASE光这种新颖的结构,较好地解决了L-EDFA泵浦效率低的问题,相比于传统的链路结构泵浦转换效率在小信号输入时提高了8.76%。然后针对波分复用系统中存在的增益箝制问题,分别对C带和L带EDFA进行了增益箝制的研究。最后对论文进行了总结并指出了今后需要进一步研究的方向。