近年来随着大数据、物联网、云计算、视频会议等新型数据业务的发展,人们对通信带宽提出了更高的需求,光通信成为解决高速率大容量传输的有效手段。在光通信系统中,光信号的损耗是无法避免的,这大大限制了超长距离光通信的发展。为了使光信号可以进行远距离传输,通过在链路上放置中继掺铒光纤放大器达到目的。掺铒光纤放大器(Erbium Doped Fiber Amplifier,EDFA)作为光通信系统中的重要组成部分,其主要功能是对1550nm波段的信号光进行放大,解决了光信号因为衰减损耗难以进行远距离传输的问题。为了保证整个光通信系统的传输性能,因此需要研究低噪声高增益光放大技术来首先保证微弱光信号的高质量处理。同时为了减小光通信机的体积、重量及功耗,需要内部的光器件及EDFA模块小型化易于可靠集成。本论文围绕小型化低噪声高增益光放大技术,针对宽带自发辐射噪声(Amplifier spontaneous emission noise,ASE noise)噪声抑制、双级高增益放大、低损耗窄带滤波、小型化封装集成设计等方面展开了理论研究、仿真分析以及实验研究工作。论文的主要研究内容包括:1.首先对光纤通信和掺铒光纤放大器的发展概况、国内外现状等进行了概述,介绍了不同种类掺铒光纤放大器的作用及其意义,并阐述了低噪声高增益光放大技术对目前超长距离光通信系统的重要作用。2.开展了小型化低噪声高增益光放大的理论研究。介绍了掺铒光纤放大器的基本组成结构以及工作原理,对典型的掺铒光纤放大器的基本模型理论进行了理论研究,包括光放大过程中的光波传输方程等,最后研究了掺铒光纤放大器主要性能参数增益、噪声系数、输出光功率等的影响因素。3.开展了小型化低噪声高增益光放大仿真研究。设计了单级、双极低噪声高增益放大结构,尤其是在双级放大方案中加入前后向ASE噪声抑制设计。本文通过专业的光学仿真软件OptiSystem,对掺铒光纤放大器的单级放大和双级放大结构分别进行了仿真研究。通过研究泵浦光功率、信号光功率、掺铒光纤长度两级比例对放大系统性能造成的影响。单级放大无法同时实现低噪声和高增益输出,而双级放大通过特殊设计的噪声抑制结构可实现高增益低噪声放大,经过噪声抑制最终得到增益为52.60dB,噪声系数为3.80dB的光放大仿真结果。4.开展了小型化低噪声高增益光放大的实验研究。本文采用小型化高性能光学器件进行小型化低噪声高增益光放大系统的搭建,来缩小体积。分别开展了单级放大和双级放大结构的实验研究,在单级放大中,噪声系数与增益无法同时满足要求。在双级放大中,通过宽带ASE噪声抑制的作用,实现噪声系数为3.54dB,增益为43dB的低噪声高增益放大效果。并在实验中充分研究980nm泵浦功率、掺铒光纤长度两级比例等核心因素对放大系统的影响,摸索出了系统的最佳参数设置。最后对所有小型化光器件及电路进行小型化封装集成,获得体积为90×70×15mm的小型化低噪声高增益掺铒光纤放大器,具有应用到小型光通信系统中的潜力。