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对增益调制掺铥光纤激光器展开了系统性探究,基于速率方程与传输方程构建了增益调制掺铥光纤激光振荡器和放大器的数值模型,并通过时域有限差分法进行求解,从理论和实验上探究了不同的泵浦光及激光器结构参数下输出的2 μm激光特性.通过数值仿真和实验优化,获得了高转换效率、窄线宽、单一偏振的2μm波段纳秒激光输出.种子源振荡器获得了最高功率为796mW、脉宽为67.9 ns、斜效率为54.4％的脉冲激光;在一级放大器后得到了最高功率为9.13W、脉宽为50.5 ns的2μm脉冲激光.数值仿真模型的模拟结果与实验结果较好地吻合,该模型能够为该类型激光器的实验研究和工程设计提供参考.