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近年来,工作波长在人眼安全波段的掺铥光纤激光器(TDFL)引起了人们的广泛注意。掺铥光纤(TDF)拥有几乎完全覆盖从1.7到2.1μm波长范围的超宽发射谱,且已经被证明可以用其来制作高功率和高能量光纤激光光源。本文围绕2μm波段高能量脉冲TDFL展开理论和实验研究,并涉及到近、中红外波段的级联拉曼激光光源的初步探索。主要研究工作包括:1、引入了高能量脉冲TDFL的理论模型,重点分析了脉冲掺铥光纤放大器内部最高可提取脉冲能量,讨论了脉冲放大过程中TDF内部铥离子的上能级粒子数累积和消耗过程,得出了在给定泵浦光功率下存在最优增益光纤长度和最优种子激光重复频率的结论。2、实验研究1958 nm同带泵浦增益开关TDFL的时域特性,发现输出脉冲在阈值附近具有时域不稳定性和相对稳定态PRR 1/2(重复频率减半)。采用同带泵浦增益开关TDFL的理论模型对此现象作了详细理论分析,揭示了时域不稳定性的物理本质,并通过数值模拟预测并在实验上首次证明了增益开关TDFL中相对稳定态PRR 1/3的存在。3、开展了2μm波段高能量脉冲TDFL的实验研究。通过增益开关技术获得了1980 nm种子脉冲激光。采用全光纤主振荡功率放大结构TDFL对种子激光进行放大,获得了最高输出脉冲能量为0.86 mJ、峰值功率超过10 kW的1980 nm激光脉冲输出;通过理论和实验证实了在ASE功率不显著增强的条件下,采用低重复频率的信号激光更有利于提取TDF中储存的能量;分析了实验中脉冲能量提升的限制因素,并提出进一步提高输出脉冲能量的方法。4、提出在短光纤中获得级联拉曼激光光源的方案。通过1064 nm激光泵浦长度仅10 m的正常色散阶跃折射率型重GeO2掺杂石英光纤,首次在短长度石英光纤中获得的超宽带级联拉曼激光光源的研究结果(20 dB光谱范围覆盖1040-2100nm),输出光谱包含多达10级的斯托克斯波。为进一步获得中红外波段级联拉曼激光光源,提出利用TDFL泵浦As2S3光纤的技术方案,并通过数值模拟验证了该方案的可行性。