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激光的应用越来越向新的领域扩展，在许多新应用场合需要使用工作在非传统波段的超宽带可调谐光源。然而开发新的可在非传统波段宽带发光的材料是一项非常困难的工作。可以使用非线性光学过程将发展成熟的激光能量转移至非传统波长范围。光子晶体光纤（PCF）具有灵活可调色散和易于实现高非线性等特性，是一种完美的非线性介质。论文工作基于光子晶体光纤中的非线性作用，进行了在超宽带波长范围内产生新波长辐射的研究。理论研究了参量四波混频增益谱与色散、非线性系数和泵浦波长的关系。根据其关系，精确设计了双零色散PCF，用于将通信波段信号光波长变换至蓝绿光波段。用钛蓝宝石激光器做泵浦在双零色散PCF中实现了预期的大跨度波长变换。并理论研究了PCF中色散波产生的机理。实验上通过调节泵浦功率，同时在可见和中红外的正常色散区获得了波长可调谐的色散波，可见色散波可调至425nm，中红外色散波可调至2279nm。位于可见波段的反斯托克斯光受到泵浦拉曼孤子施加的交叉相位调制作用，可在200nm至400nm的紫外区产生强激光辐射。为了用掺镱锁模光纤激光器做泵浦实现超宽带可调谐的光源，论文精确设计了零色散波长位于1064nm附近的色散平坦PCF。实验上在所设计的PCF中获得的参量增益谱可在927nm至1038nm和1099nm至1228nm之间调谐。将强度微弱的信号光和泵浦光一起耦合入增益PCF时，可以形成基于光子晶体光纤的宽带高增益参量放大器。将PCF中产生的参量增益谱通过环形腔反馈至增益PCF使其被反复放大，形成动态平衡的PCF参量振荡器。通过调节泵浦波长，PCF参量振荡器可在340nm宽的波长范围内可调谐的输出ps脉冲。通过时间色散调谐，优化了调谐PCF参量振荡器输出波长的效率。使PCF参量振荡器在无需每次调节泵浦波长的情况下，其输出波长可以连续的覆盖宽带波长范围。为了提高PCF参量振荡器的能量转换效率，论文中提出了两种优化振荡腔结构的方案。当使用双振荡腔结构时，可以使信号和相位匹配的闲频同时起振，其能量转换效率可提高2.2至3.8倍。当使用全光纤振荡腔结构时，腔内损耗被大幅降低，其能量转换效率可高达36%，实现了转换效率质的提高。