随着人眼安全波段激光的迫切需求以及2微米激光独特的应用领域,2微米掺铥光纤激光器受到了越来越多的关注。近年来,随着相关器件和技术的逐渐成熟,2微米掺铥光纤激光器已经获得了长足的发展。然而,2微米光纤激光器的发展仍然面临着诸多挑战,还有巨大的发展空间:首先,对于连续波窄线宽特别是单频2微米光纤激光器,其功率的提升受到受激布里渊散射效应的限制。其次,在2微米锁模光纤激光器领域,传统可饱和吸收材料的固有特点限制了锁模激光器的应用范围。而且,光学研究者们仍然在探索新的锁模技术,用于应对孤子锁模激光器中孤子面积定理对脉冲能量的限制。最后,掺铥光纤的转换效率以及热牵引是限制高功率2微米光纤激光器发展的重要因素。为应对上述诸多挑战和迫切的应用需求,我们从多个方面对2微米光纤激光器进行了深入研究,并且取得了具有应用价值的研究成果。主要的研究内容如下:1、传统的DBR、DFB等单频光纤激光器的工作特点限制了它们的输出性能,例如较低的输出功率、极大的跳模可能性。为了满足更多的应用需求,本课题设计了2微米单频激光器掺铥光纤放大器,然后将其输出光作为布里渊单频光纤激光器的泵浦光,利用布里渊单频光纤激光器的线宽压缩效应、相位噪声平滑效应以及较高的光光转换效率,得到了输出功率1瓦,信噪比62dB以及线宽8kHz的2微米波段单频激光。2、SESAM、石墨烯、MoS₂以及黑磷等二维材料是目前被广泛使用和研究的锁模材料,但这些锁模材料的特点限制了它们的应用领域,因此,探索新型二维锁模材料仍是目前的研究热点。本课题介绍了一种新型的二维材料:掺铁的石墨相氮化碳（Fe-g-CN）,实验研究了这种材料在2微米波段的线性和非线性吸收特性,基于这种材料所制备的可饱和吸收镜进行掺铥光纤激光器锁模,得到了2.2ps脉冲宽度的2微米激光,验证了这种材料可以作为2微米波段的调制器件。3、耗散孤子共振的提出为获得高能激光脉冲提供了一条新的途径,色散及可饱和吸收体在耗散孤子共振系统中起到了重要作用。本课题利用SESAM作为可饱和吸收体,同时将系统调整到色散净值较大的正常色散区,最终在2微米掺铥锁模光纤激光器中实现了耗散孤子共振,利用这种结构中最终获得了脉冲宽度161ns,能量20.6nJ的激光脉冲。4、大模场、双包层掺铥光纤是高功率光纤激光器、放大器的基本器件,不同的光纤制备工艺对其转换效率和光子暗化效应有不同程度的影响。光子暗化效应主要由铥粒子团簇引起,导致掺铥光纤在运行过程中持续增加泵浦光和激光的损耗,从而降低了掺铥光纤激光器的转换效率及可靠性。我们制备了液相法和气相法制备的掺铥光纤,测试了它们在相同激光器中的性能表现,通过测试发现,气相法制备的光纤中光子暗化相比液相法较为缓慢,且光纤具有更好的稳定性。