随着激光技术的发展,高功率、窄线宽是未来光纤激光器发展的两个重要方向。高增益光纤是获得高功率的激光输出的基础,通常利用增加光纤中稀土离子的掺杂浓度来提高光纤的增益系数。但是过高的稀土离子掺杂浓度会导致不可避免的浓度淬灭效应,进而影响激光器的性能。因此有必要寻找其他途径获得高增益系数的多组分玻璃光纤。近年来,金属纳米颗粒由于具有特殊的光物理特性成为国内外研究热点。特别的,金属纳米颗粒的局域表面等离子体效应可以增强稀土离子附近的局域场,使稀土离子的激发速率提高,从而使得荧光发射增强。不仅如此,利用金属纳米颗粒与其他光电材料进行复合可制备具有特殊性能的新型光电材料,在显示、信息存储、军事等领域以及随机激光的实现都有较好的应用。因此,本课题旨在探求一种提高光纤增益系数的途径,进而提高激光器的输出功率,以及研究一种实现随机激光的新材料。本研究基于课题组自主研发的多组分磷酸盐玻璃光纤,制备了金属纳米颗粒掺杂多组分磷酸盐玻璃光纤,研究了银纳米颗粒掺杂的多组分磷酸盐玻璃和光纤的光谱特性、激光输出特性。此外,进一步研究了在玻璃或者光纤中银纳米颗粒对光的瑞利散射作用。具体内容包括:(1)研究了银纳米颗粒对Er3+/Yb3+掺杂的多组分磷酸盐玻璃的物化性能以及近红外发光性能的影响。在波长为980 nm激光二极管泵浦下,当AgCl掺杂的浓度为2 mol%时,获得了Er3+的1.5μm的最强发光强度。与未掺杂AgCl的PEA0样品的发光进行比较,发光增强了87%。结合电子能级分布,分析了荧光增强的主要原因:银纳米颗粒使得稀土离子周围的局域场得到了增强;银纳米颗粒到稀土离子的能量传递。(2)成功制备了银纳米颗粒掺杂的多组分磷酸盐玻璃单模光纤,并实现了单频激光的输出。研制的光纤纤芯直径为9.08μm,包层直径为125μm。采用截断法测试了单模光纤在1310 nm处的损耗为3.61 dB/m。采用DBR线性短腔结构、长度为1.8 cm的自制增益光纤,实现了中心波长在1535 nm的稳定单频激光输出,激光器的斜率效率为12.67%。(3)采用直接测量法测试了激光器的相对强度噪声(RIN),得到弛豫振荡峰峰位位于1.76 MHz,并且之后随着频率的增加,有效地将RIN从-85 dB/Hz下降到-135 dB/Hz。采用损耗补偿式延时自外差法结构测试了激光器的线宽,得到激光器的线宽为55 kHz。(4)分别采用连续激光光源和飞秒脉冲光源,进行了随机激光的初步实验。该实验利用银纳米颗粒对光的散射,设计并搭建了相应的空间光路,研究了银纳米颗粒在块状玻璃、纤芯棒以及光纤中对激光特性的影响。用连续光源波长为976 nm激光二极管作为泵浦源,分别测试了作用在块状玻璃样品上三个不同位置的光谱,得到的为Er3+近红外的荧光光谱。通过改变泵浦功率,获得了荧光强度随泵浦功率的演化规律。进一步用Ti:Sapphire飞秒激光系统泵浦源,分别测试了脉冲光源作用下块状玻璃、纤芯棒以及光纤的输出光谱。该初步实验获得了ASE光谱,并未获得相应的随机激光的输出。通过调节逐渐增加泵浦功率,自发辐射的强度也随之增加。