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中红外光纤激光器在国防、生物医学和传感领域有着重要的应用前景.掺Er3+和掺Ho3+的ZBLAN光纤中利用级联辐射跃迁取代无辐射的多声子弛豫,已被证实为一种产生3μm激光并降低光纤中热量的有效措施.首先,通过级联掺Er3+ZBLAN光纤中的1.6 μm基态辐射,我们实现了波长为2.8 μm,功率为8.2 W的激光输出.结果表明泵浦光纤端纤芯温度比单跃迁辐射光纤激光器的要低一个数量级.第二,我们实现了真正意义上工作在中红外波段的高功率光纤激光器.利用1150 nm的激光二极管泵浦掺Ho3+双包层ZBLAN,产生了波长3.002 μm,输出功率为0.77 W的激光,同时也产生了2.074 μm的级联跃迁激光,这是第一个波长超过3 μm的瓦量级光纤激光器.在此基础上,通过使用衍射光栅,我们实现了激光器波长的双调谐.当对5I6→5I7能级跃迁调谐时,其调谐范围为2955nm-3021 nm,对应输出功率大于500 mW,线宽小于1 m；对5I7→5I8能级跃迁调谐时,其调谐范围为2064 nm-2082 nm,线宽小于0.5 nm,并且对5I7→5I8能级跃迁调谐减小了5I6→5I7能级跃迁的平均辐射波长.第三,我们用TeO2声光调制器实现了级联光纤激光器的主动调Q,得到了5I6→5I7和5I7→5I8能级跃迁对应的稳定双脉冲序列,它们之间存在着μs量级的时延,而这种时延随泵浦功率的增加而减小.当泵浦功率达到最大7.4 W,调制频率为25 kHz时,5I6→5I7 (5I7→5I8)能级跃迁产生的脉冲波长为3.005 μm (2.074 μm),相应的脉冲能量为29μJ(7μJ),脉宽为380 ns (260 ns),这也是第一个波长超过3μm的调Q光纤激光器.同时我们利用3 μm和2.1 μm的级联辐射作用,实现了一种新的增益调制过程,它是通过对级联能级中一个能级跃迁进行Q调制,从而引起其对相邻能级跃迁的增益调制,进而产生增益调制脉冲.最后,我们用半导体可饱和吸收镜(SESAM)实现了Ho3+,Pr3+共掺氟化物光纤激光器的被动锁模,得到波长2.87 μm的锁模脉冲,其重复频率为27.1 MHz,平均功率和能量分别为132 mW,4.9nJ,脉宽为24 ps,这是目前波长最长的锁模光纤激光器.