2-10μm波段中红外超连续谱光源在生物医学、光谱学、光学相干层析和环境科学等领域有着广泛的需求。在探索超连续谱长波拓展的研究中,硫系玻璃光纤凭借其在中红外波段很宽的传输窗口和极高的非线性折射率显示出巨大的光谱拓展潜力。对于硫系玻璃光纤中超连续谱的产生来说,硫系玻璃光纤的零色散波长通常位于波长大于4μm的红外区域,为了实现泵浦光源和光纤零色散波长的匹配,需要采用中红外固体激光器作为泵浦源。但是固体激光器的体积普遍庞大且不易维护,这势必会限制其实际应用。论文采用基于氟化物光纤的中红外超连续谱激光器作为抽运源,级联泵浦硫系玻璃光纤,在保持光纤激光器稳定性好、结构紧凑、易于维护等优势的条件下,实现了超连续谱的级联拓展。取得了如下成果和结论:1.建立了软玻璃光纤级联结构下超连续谱展宽的理论模型。数值研究了“1550nm纳秒脉冲+石英光纤+掺铥光纤+氟化物光纤+硫系玻璃光纤”结构下超连续谱级联展宽的物理机制。揭示了级联光纤中孤子群的形成、放大和红移过程。首次揭示了孤子群脉冲泵浦下硫系玻璃光纤中超连续谱级联展宽对应的非线性效应,分步还原了孤子群脉冲入射进入硫系玻璃光纤后的时频演化过程。孤子群脉冲入射进入硫系玻璃光纤正常色散区,自相位调制使得单个孤子在时域和频域上对称展宽。之后,脉冲间拉曼散射使得光谱在正常色散区进一步红移。当能量进入光纤反常色散区后,将形成新的孤子,孤子分裂和孤子自频移使得光谱长波能量不断增强。2.发现了孤子群脉冲泵浦条件下,硫系玻璃光纤正常色散区光学怪波的形成。通过设定泵浦脉冲为五个孤子,仿真了孤子群脉冲泵浦条件下硫系玻璃光纤正常色散区中光学怪波的形成过程。证明了正常色散区色散特性、自相位调制以及脉冲间拉曼散射是光学怪波形成的主要原因。孤子群脉冲经自相位调制作用后转变为脉冲群。随后,分离脉冲在时域上逐渐靠近并重叠。当频率差位于拉曼增益谱的带宽内时,能量开始在脉冲之间从短波向长波方向转移,由此形成了光学怪波和能量的红移。提出并数值证明了可以通过光纤色散设计和长度控制来调节光学怪波的产生和红移,实现中红外超连续谱的光谱可控。3.数值研究了“1550 nm纳秒脉冲+石英光纤+掺铥光纤+InF3光纤+As2Se3光纤”级联结构中InF3光纤长度,As2Se3光纤色散特性,As2Se3光纤中Se-H杂质吸收以及InF3和As2Se3光纤之间耦合效率对超连续谱级联展宽的影响。结果表明:1)InF3光纤长度的优化和软玻璃光纤之间耦合效率的提高,可以有效的提高入射进入As2Se3光纤中的孤子群脉冲的峰值功率,从而有利于As2Se3光纤中超连续谱的级联拓展;2)通过设计高数值孔径的As2Se3光纤或者As2Se3光子晶体光纤,使得光纤的零色散波长蓝移,有利于泵浦光红移进入光纤反常色散区,进而引发孤子有关的非线性效应,使得光谱有效展宽;3)去除As2Se3光纤中Se-H杂质吸收峰可以在一定程度有利于超连续谱长波能量的提高,但是作用有限。4.开展了氟化物光纤级联抽运As2S3光纤实现超连续谱级联展宽的实验和理论研究。研究了种子激光低重复频率和泵浦调制下,掺铥光纤放大器中超连续谱产生。采用掺铥光纤放大器抽运ZBLAN光纤,获得了全光纤结构2-4.5μm超连续谱光源。通过ZBLAN光纤进一步级联As2S3光纤,实现了光谱范围覆盖2-5μm波段,且4μm波段增强的超连续谱输出;采用掺铥光纤放大器抽运InF3光纤,获得了全光纤结构2-5μm超连续谱光源。通过InF3光纤进一步级联As2S3光纤,实现了2-5.6μm超连续谱输出,输出功率为56.6 m W。实验结果和仿真具有很好的一致性,从实验上证实了光学怪波的产生。5.开展了InF3光纤级联抽运As2Se3光纤实现超连续谱级联展宽的实验和理论研究。掌握了高质量Al F3光纤端帽制备技术。首次采用基于InF3光纤的全光纤结构2-5μm超连续谱激光器作为抽运源,级联泵浦As2Se3光子晶体光纤,获得了光谱范围覆盖2.3-9.5μm波段的中红外超连续谱输出。这是国内首次采用光纤激光泵浦硫系玻璃光纤,实现长波拓展至9μm以上超连续谱激光的实验研究,所获得的超连续谱光源20 d B带宽为6950 nm,对应的波长范围为2330-9280 nm,平均输出功率为6.2 m W。超连续谱光源20 d B光谱覆盖范围达到国际先进水平。