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2μm锁模光纤激光器因具有成本低、结构紧凑以及体积小等优势而受到国内外科研工作者的青睐,其在医疗、中红外激光泵浦等领域的应用优势也日益凸显。然而其依然存在着平均输出功率低、输出激光斜率效率低等问题,本文围绕此课题对基于SESAM锁模的2μm波段铥钬共掺光纤激光器进行设计以及分析研究,实现了2μm波段平均输出功率以及斜率效率较高的脉冲激光输出,在理论和实际应用中都有着重要的意义与价值。其主要内容包括:首先,本文在阐述2μm波段锁模光纤激光器发展历程基础上,对铥钬共掺锁模光纤激光器的研究现状以及各种锁模方式的优缺点进行详细分析。分析表明,铥钬共掺锁模光纤激光器的平均输出功率以及对泵浦光的利用率较低。继而提出基于SESAM锁模的铥钬共掺光纤激光器的研究目标,并从铥钬共掺光纤的特性及泵浦方式、常见谐振腔特点对比以及半导体可饱和吸收镜(Semiconductor Saturable Absorber Mirror,SESAM)锁模原理出发,分析研究基于SESAM锁模的铥钬共掺光纤激光器基本原理,为后续方案的设计提供理论基础。其次,基于线性谐振腔结构,通过改进谐振腔腔镜及无源光纤种类,设计并实现一种基于SESAM锁模的线性腔铥钬共掺光纤激光器,该激光器输出脉冲激光的中心波长为1925 nm,重复频率为12.9 MHz,脉冲宽度为18 ps,脉冲信噪比为55 dB,最大平均输出功率为89.62 mW,输出激光斜率效率为10.6%。此外,测得3 h内激光器平均输出功率的不稳定性为0.225%。该激光器在满足研究目标的前提下实现了高平均输出功率、可自启动的锁模脉冲,然而其输出激光的斜率效率偏低。最后,针对基于SESAM锁模的线性腔铥钬共掺光纤激光器输出激光斜率效率低的问题,利用环形谐振腔为行波腔的优势,设计并研究基于SESAM锁模的环形腔铥钬共掺光纤激光器,最终实现具有较高斜率效率锁模脉冲激光的输出。当泵浦功率为650 mW时,脉冲激光的中心波长分别为1940.68 nm、2199.08 nm和2218.08nm,重复频率为7.09 MHz,脉冲宽度为56 ps,脉冲信噪比为60 dB,最大平均输出功率为80.72 mW,输出激光斜率效率为14.1%。此外,输出激光的中心波长会随泵浦功率的增加向长波长方向移动,最长可达2226.40 nm。这是首次将SESAM运用到环形腔铥钬共掺光纤激光器中,并成功实现锁模,相比基于SESAM锁模的线性腔铥钬共掺光纤激光器,该激光器在实现高平均输出功率、可自启动锁模的前提下,泵浦光利用率方面得到提高。