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光纤激光器具有散热性能好、体积小、稳定性高、激光性能优异等优点,在光通信、工业加工、生物医疗及国防军事等诸多领域具有广泛应用。增益光纤作为光纤激光器的核心之一,直接影响器件性能。目前,随掺Yb3+光纤、掺Er3+光纤及掺Tm3+光纤性能的不断提升,性能优异的光纤激光器主要集中在1.0、1.5及2.0?m波段。随着应用领域的多元化发展及新应用领域的相继涌现,开发各波段高性能光纤激光器及相应特种光纤是国际上激光及材料领域的研究焦点之一。本论文针对生物成像、激光显示及天文学等领域对0.9及1.1?m波段光纤激光器的需求,以研制上述波段光纤激光器用高增益掺Nd3+光纤为核心展开了系列工作。内容包括基于掺Nd3+石英光纤对以上波段激光性能的探究;以提升激光性能为导向,以掺Nd3+硅酸盐玻璃、掺Nd3+铝酸钇（Nd:YAP）晶体及掺Nd3+钇铝石榴石（Nd:YAG）晶体为纤芯,石英玻璃为包层,基于熔芯法分别拉制了相应复合光纤,探究了光纤增益、损耗及激光性质;为进一步提高光纤增益,在多组分磷酸盐玻璃中开展了组分、结构、Nd3+多波段发光之间关系的系统研究以及大尺寸Nd3+均匀掺杂磷酸盐激光玻璃熔制、除水、精密退火与加工技术研究;结合管棒法成功制备了高增益掺Nd3+多组分磷酸盐单模光纤,实现了光纤增益及激光性能的提升。本文取得的主要研究成果如下:（1）利用分布布拉格反射式（DBR）线性单频腔结构,以15 mm长掺Nd3+石英光纤为增益介质,首次基于掺Nd3+光纤实现1120 nm单频激光输出。激光阈值仅为10 m W,效率大于8%,信噪比（SNR）大于67 d B,线宽为71.5 k Hz。单频激光能稳定运转且未出现1064 nm寄生激光,说明掺Nd3+石英光纤可以作为1.1?m波段激光的合适增益介质。此外,基于掺Nd3+石英光纤实现了全光纤化915 nm激光输出。分析测试了915 nm的增益系数为1 d B/cm。探究了掺Nd3+石英光纤长度、FBG反射率对915 nm激光效率的影响。在5.1 cm长掺Nd3+石英光纤以及70%反射率低反光栅条件下,获得了最佳5.3%的激光转换效率。搭建了DBR短腔,但测试结果表明腔内仍为多纵模振荡,指出进一步提高915 nm激光性能的关键在于研制该波段高增益掺Nd3+多组分玻璃光纤。（2）基于熔芯法,首先以掺Nd3+硅酸盐玻璃为芯棒、石英玻璃为包层制备了掺Nd3+复合光纤。光纤芯包层界面完好且可与商用石英光纤熔接。激光性能研究表明基于制备的光纤可实现1064 nm激光输出,但0.9?m波段增益较低未能实现激光输出。光纤元素分布证实拉丝过程中存在碱、碱土金属（Na,K和Ca）元素的大量挥发,同时造成光纤芯径尺寸及光纤808 nm吸收系数的变化,限制光纤在紧凑型光纤激光器中的应用。为避免以上问题,又选取高熔点Nd:YAP及Nd:YAG晶体为芯棒分别制备了晶体衍生钇铝硅酸盐（YAS）复合光纤。拉丝后纤芯由晶体变为玻璃。因拉丝过程中包层Si的扩散,纤芯实际为掺Nd3+钇铝硅酸盐玻璃。其中,由于YAP晶体Nd3+掺量较低,相应衍生YAS光纤Nd3+浓度低,未能实现915 nm激光输出。以Nd:YAG晶体衍生YAS光纤为增益介质成功实现了915 nm激光输出,增益系数为0.4 d B/cm。同时,在最短3.5 cm增益光纤长度下即可实现915 nm激光输出说明YAS光纤在紧凑型光纤激光器的应用潜力。（3）在Nd3+掺杂多组分磷酸盐玻璃中揭示了Nd3+不同波段近红外发光行为与玻璃组分、结构间的关系。掌握了增强、扩宽及调控各波段分支比的方法。其中,低声子能重金属氧化物共掺,可成功拓宽、增强Nd3+发光。同时,玻璃结构及光谱的深入分析结果表明,有效增强需建立在不破坏玻璃结构的前提下。此外,高共价氧化物Ge O2共掺有效提高Nd3+离子周围晶体场、打破其周围环境的中心对称性,显著提升了~4F3/2→~4I9/2的辐射跃迁几率即0.9?m波段的荧光分支比。吸收及发射截面的计算结果表明该波段的增益性能经调控后得到显著提升。以上基于玻璃局域结构调控发光的策略为掺Nd3+玻璃光纤组分设计、高效光纤激光器的开发提供指导意义。（4）针对磷酸盐玻璃羟基（OH-）含量高的问题,通过反应气氛法将掺Nd3+磷酸盐玻璃OH-吸收系数从21.9 cm-1降至1.13 cm-1。除水后玻璃物理性质、Nd3+发光强度及寿命等均呈现有效提升。通过玻璃熔制、退火工艺的优化,制备了大尺寸均匀高质量芯包层玻璃。结合单模光纤设计,利用管棒法成功拉制了标准125?m掺Nd3+磷酸盐单模光纤。芯径5?m,NA为0.12。增益系数测试表明,磷酸盐光纤915 nm增益系数为2.7d B/cm,与商用掺Nd3+石英光纤相比得到了显著提升。通过光路的搭建,实现了915 nm激光输出,SNR大于57 d B。效率相较于石英光纤明显提高,4.5 cm增益光纤下斜率效率达11.2%远高于相同长度石英光纤的1.9%。此外,以研制的高增益掺Nd3+磷酸盐光纤为增益介质,半导体可饱和吸收镜（SESAM）为锁模元件搭建了0.9?m锁模超短谐振腔,首次实现了重复频率达1.19 GHz被动锁模0.9?m脉冲激光输出。激光脉宽为3.2ps,锁模阈值为210 m W。以上结果说明,研制的高增益掺Nd3+磷酸盐单模光纤可应用于超紧凑连续、脉冲光纤激光器。