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在癌症的治疗方法中，光动力疗法(PDT)因其副作用小、治疗周期短、对其它生物组织损伤小和剂量可以准确评估等特点而受到人们越来越多的关注。用1.27微米红外激光直接激励产生单线态氧分子(1O2)是新型无药物PDT的关键性步骤。受限于现有1.27微米波段激光器的功率、可调谐性以及其它输出特性，目前1O2的直接光激励及其应用研究仅有国外部分单位能够开展，许多基本问题尚需进一步探明和深入研究。本文设计并实现了1.27微米波长输出的级联掺磷光纤拉曼激光器，对该激光器的输出特性进行了理论和实验优化。论文所获得的1.27微米激光光源对生物组织中单线态氧的直接光激发特性研究以及新型无药物光动力疗法的研究具有重要意义。 1、对含时的级联拉曼激光器非线性耦合方程进行时域和空域差分近似，建立了级联拉曼激光器的通用数值求解模型。利用该数值模型对1.27微米级联掺磷光纤拉曼激光器进行了模拟和优化; 2、利用掺磷光纤1330cm-1和197cm-1的频移，设计了输出波长为1.27微米的二级级联掺磷光纤拉曼激光器(RFL)，并对其结构进行了实验优化。使用1064nm掺镱双包层光纤激光器作为泵浦源，分别采用基于光纤布拉格光栅(FBG)的对称腔结构和基于光纤环形镜(FLM)的非对称腔结构，对1.27微米级联掺磷RFL的输出特性进行实验研究。实验结果表明，相比基于光纤布拉格光栅的对称腔结构，基于光纤环形镜的非对称腔结构因为有效减少了腔内的斯托克斯(Stokes)光泄露，从而降低了激光器的阈值功率、提高了光-光转换效率和斜效率; 3、分别采用前向和后向泵浦方式，使用不同反射率的光纤环形镜作为谐振腔的输出耦合镜，研究1.27微米级联掺磷光纤拉曼激光器的输出特性。结果表明，在后向泵浦结构中，反射率越高，阈值越低，通过估算不同反射率下的光-光转换效率，得出输出耦合镜的最佳反射率大致在15％左右。此外，前向泵浦方式比后向泵浦方式具有更低的激光阈值和更高的光-光转换效率。在前向泵浦结构中，当光纤环形镜的反射率为15％，泵浦功率为7.69W时，输出功率为1.824W，光-光转换效率为23.7％。同时在前向泵浦结构中，研究了光纤长度变化对激光器二级Stokes光输出功率和阈值的影响，得出:二级Stokes光输出功率随光纤长度增大而先增加后减小，但阂值随着光纤长度增大而先减小后增加，最佳光纤长度约为1000m左右。