2 μm-5 μm的中红外波段处于大气窗口并且覆盖了常见分子的转动-振动区,如温室气体、水分子、空气污染物、有毒物质、生物组织等。在这个光谱区间,上述分子具有强烈的吸收,因此中红外光谱法能提供极其灵敏的化学分析与检测,中红外相干源在遥感、实时光谱学方面有重要应用,这些应用包括医疗诊断、军事上的光电对抗、红外成像、在线大气质量检测等。为了有效地开发中红外波段的潜能,人们发展了各种类型的中红外相干源,包括光纤激光器、量子级联激光器、固体掺杂的激光器以及光参量激光器等。其中稀土离子掺杂的光纤激光器由于其光束质量好、散热快、结构紧凑、易于维护、光谱覆盖范围广等特点受到了研究人员的广泛关注。在可见和近红外波段,各种类型的光纤激光器已经被广泛的应用到各行各业。在近红外波段,已经取得万瓦量级的激光输出,但是输出波长向中红外波段拓展时,输出功率随着波长的增加呈指数降低。目前掺杂光纤中还未取得超过4 μm的激光输出,最长的输出波长为3.95μm。主要原因在于缺乏高性能、低声子能量、低损耗的中红外玻璃以及高质量、高功率近红外泵浦源;另一个限制中红外波段激光输出功率提升的因素为某些稀土离子固有的能级结构导致离子间产生强烈的交叉弛豫、离子中激光下能级寿命过长而激光上能级寿命过短对产生激光的不利因素。这两个因素导致某些离子掺杂的激光输出功率无法提升或者无法实现连续波运转,如Tm3+离子因强烈的交叉弛豫,2.3 μm激光输出功率无法得到提升;Dy3+离子因激光上能级6H11/2寿命短而激光下能级6H13/2寿命长,产生自终止效应而无法实现4.3 μm连续波运转。一代材料,一代技术。为了在掺杂光纤中得到高功率的中红外激光输出,可在当前材料性能不能快速改善的情况下发展新的技术。其中双波长泵浦技术是一种可行的方案,双波长泵浦即使用波长不同的两束泵浦光对激光器进行泵浦,它能在一些因自终止效应而无法实现激光连续输出的能级间实现激光连续输出;以及在原理上解除一些掺杂离子在传统泵浦方案下激光的输出功率瓶颈。为了说明双波长泵浦方案对产生高功率中红外激光的这两个作用,本文研究使用双波长泵浦技术在Dy:InF3和Tm:ZBLAN光纤中产生中分别产生高功率4.3 μm和2.3 μm激光。论文的主要工作有以下几个部分。1.建立用1.7 μm和2.3 μm半导体激光泵浦Dy:InF3光纤产生4.3μm激光、790nm和1.39 μm半导体激光对Tm:ZBLAN光纤进行泵浦产生高功率2.3 μm激光的模型。2.数值研究了连续波运转时,4.3 μm激光输出功率和光—光转换效率与1.7μm和2.3 μm泵浦光之间的依赖关系。分析了光纤长度、光纤损耗、输出镜反射率、掺杂浓度等光纤参数对输出功率的影响。研究采用OPO的方式产生1.7 μm和2.3 μm脉冲泵浦光并对Dy:InF3光纤进行泵浦时,4.3 μm脉冲激光的输出特性。3.利用Tm3+离子之间强烈的交叉弛豫过程,用1.39μm激光进行泵浦所产生的光子雪崩效应来产生高功率2.3μm激光。该方法从理论上可以突破目前掺Tm3+离子激光器中无法得到大于瓦量级输出的瓶颈,实现2.3μm激光百瓦量级的输出。