中红外光纤激光器因其波段处于“分子指纹区”,在环境监测、医疗诊断、国防安全等方面有着广泛的应用。作为其中一员,4.3μm光纤激光器由于其独特的光谱特性与光谱位置,其在火山监测、碳循环与温室效应研究、燃烧诊断、空间光电对抗等领域均有着极好的应用前景。然而,迄今为止,关于4.3μm中红外光纤激光器的报道在国内外还是一片空白。究其原因,主要是受限于现有光纤材料及相关泵浦源器件的缺失。具体而言,目前制约4.3μm中红外光纤激光器发展的主要有如下两大瓶颈问题:1)高质量、高增益、低损耗稀土掺杂硫系玻璃光纤的缺失;2)高效率1.7μm泵浦波段光纤激光器的短缺。本论文围绕制约4.3μm中红外光纤激光器发展的上述两大关键技术问题展开研究,针对稀土离子Dy³⁺掺杂硫系玻璃的4.3μm中红外发光特性及其单模双包层光纤的制备、1.7μm光纤激光器高功率输出等方面进行探索。论文的主要研究内容如下:1.选取Ga-As-S体系作为稀土掺杂玻璃基质,利用传统熔融淬冷法制备得到掺Dy³⁺浓度为500⁵000 ppm的Ga_0.8As_39.2S₆₀硫系玻璃,并结合该体系玻璃的物理和热稳定性、可见及近红外吸收光谱测试以及J-O理论计算和中红外荧光光谱和寿命的测试,系统地研究和评价该系列掺Dy³⁺玻璃的中红外发光特性和用作4.3μm中红外光纤激光器增益介质玻璃材料的潜质。相关实验测试分析和J-O理论计算结果表明:Ga的少量引入,通过形成[GaS_4/2]四面体,既能很好地保持原As₂S₃玻璃具备的良好热稳定性（△T为182℃）,又能有效地提高其稀土掺杂能力,其最佳的Dy³⁺掺浓度约为3000 ppm;Dy³⁺在4.3μm处的实际荧光寿命τ_mea和受激发射截面σ_emi分别约为1.60 ms和1.06×10^-20 cm²,其激光品质因子值(σ_emi×τ_mea)达到1.70×10^-23cm²·s。2.利用传统熔融淬冷法成功制备得到Dy³⁺掺杂浓度为1000¹0000 ppm的Ge₂₀Ga₅Sb₁₀S₆₅硫系玻璃,并结合该体系玻璃的可见及近红外吸收光谱测试、J-O理论计算、中红外荧光光谱和荧光寿命衰减曲线测试,系统地研究和评价该体系玻璃的中红外发光特性以及其用作4.3μm中红外光纤激光器增益介质玻璃材料的潜质。相关实验测试分析和J-O理论计算结果表明:该体系玻璃中Dy³⁺在4.3μm处的测试荧光寿命τ_mea和受激发射截面σ_emi分别约为1.41 ms和1.86×10^-20cm²,其激光品质因子值(σ_emi×τ_mea)达到2.62×10^-23cm²·s;其具有优良的4.3μm中红外发光特性,是比较理想的4.3μm中红外光纤激光器增益介质玻璃材料。选取掺杂浓度为3000 ppm的Ge₂₀Ga₅Sb₁₀S₆₅玻璃,采用Cl₂气对其进行化学除杂处理,有效地降低了原玻璃中O-H、S-H等杂质含量,将Dy³⁺离子在4.3μm处的荧光寿命相应地从1.41 ms提升至1.82 ms。在此基础上,分别采用挤压法和棒管法制备得到直径约为125μm、芯包结构分别约为43.5:23:4和62.5:30:5.5的单模双包层Dy³⁺:Ge₂₀Ga₅Sb₁₀S₆₅玻璃光纤。该光纤有望成为一种理想的4.3μm中红外光纤激光器增益光纤材料。3.采用紫外双光束干涉法制备得到工作波长为1.7μm的光纤布拉格光栅。在此基础上,搭建了基于光纤光栅的掺铥全光纤激光器,系统地研究其1.7μm光纤激光输出特性。通过优化增益光纤掺杂浓度和光纤长度以及输出端光纤光栅反射率大小,利用单向泵浦结构,实现了掺铥全光纤激光器中的短波长操作,得到了1.28W的1707 nm激光输出,其激光线宽小于44 pm,激光斜率为36.1%;基于双向泵浦结构,得到了最大输出功率为3.15 W的1707 nm连续激光输出,激光线宽小于50 pm,激光斜率为42.1%。4.建立基于Dy³⁺掺杂Ge₂₀Ga₅Sb₁₀S₆₅玻璃光纤的4.3μm中红外光纤级联激光器理论模型,系统地研究了两个泵浦波长（1319 nm、1707 nm）、三种泵浦结构（前向泵浦、后向泵浦、双向泵浦）、增益光纤长度和损耗等参数对4.3μm激光输出性能的影响。模拟计算结果表明:1707 nm为更有效的泵浦波长,其作为泵浦波长时所获得的最大激光斜率为15.1%;三种泵浦结构均有其各自的优点和不可避免的缺点,双向和后向泵浦可以获得更好的激光性能表现,而前向泵浦结构拥有更为简单和可行的光路系统;增益光纤在信号光4.3μm处的损耗小于6 dB/m,这是获得有效4.3μm激光输出的先决条件。