在低重复率、高能量脉冲的应用场合，光纤放大器中采用脉冲泵浦的方式具有重要意义.本文模拟了脉冲泵浦方式下掺镱双包层增益光纤中放大自发辐射功率的动态变化，为优化脉冲泵浦方式提供了参考.通过有限元分析方法求解光纤中镱离子的速率方程和各光场的功率传输方程，模拟了正向泵浦条件下，泵浦脉冲开始后0~740 μs时间内光纤内部正向、反向放大自发辐射功率分布情况的动态变化以及光纤两端放大自发辐射输出功率随泵浦时间的变化.模拟结果发现了光纤两端正向、反向放大自发辐射功率增长速度的差异之处，以及光纤内部两种放大自发辐射功率分布动态演变的一些特征.

为了研究自发辐射对高功率铒镱共掺脉冲光纤放大器性能的影响,在速率方程理论的基础上,采用有限差分法对理论模型进行了数值求解。对不同抽运、信号和光纤参量配置情况下,自发辐射对放大器性能的影响进行了模拟分析。结果表明,由于自发辐射自饱和的限制,在其它条件相同的情况下,为了得到最高的单脉冲能量和峰值功率,放大器输入信号存在一个最佳的重复频率,且该最佳重复频率与抽运功率成正比与脉冲宽度成反比。研究结果对高功率铒镱共掺光纤脉冲放大器的设计和实验研究有重要指导意义。

为了精确模拟脉冲放大器中的受激布里渊现象,修正了脉冲光纤放大器中受激布里渊散射瞬态演变模型,建立了基于Er/Yb共掺双包层光纤中动态速率方程的受激布里渊散射的瞬态模型,同时包括了受激布里渊散射的信号光能量转移和反转粒子数消耗两个增益获得过程,采用有限差分的方法,分析了受激布里渊散射在高功率、低重复频率、窄脉冲光纤放大器中对输出脉冲信号单脉冲能量、峰值功率、频谱和时域波形的影响。搭建了两级放大的主振功率放大实验平台,利用重复频率为156kHz的调Q脉冲信号进行了高功率脉冲放大实验,得到了1.32W的平均功率输出,以及受激布里渊级联频谱和时域波形情况。结果表明,实验与理论分析相吻合,同时也验证了这个修正模型的正确性和有效性。

放大自发辐射(ASE)是限制铒镱(Er-Yb)共掺光纤放大器功率提高的一个重要因素。采用数值仿真的方法，对高功率抽运Er-Yb共掺双包层光纤放大器中ASE的影响及其抑制措施进行了研究。研究结果表明,与抽运反向的Yb波段ASE是导致高功率抽运下放大器效率下降的主要原因，它的影响表现出明显的阈值特性；后向抽运方式的效率比前向抽运高且其Yb波段ASE的阈值更高；在放大器中同时输入一与抽运同向的合适波长的Yb波段信号，可以有效地抑制高功率抽运下抽运反向Yb波段ASE的产生，从而显著地提高放大器的抽运转化效率。

结合Er/Yb共掺双包层光纤(EYDCF)和主振荡功率放大(MOPA)技术,采用高功率多模抽运方式设计和实验研究了全光纤化两级放大器。分析了放大器的各种性能参数; 1550 nm连续光放大得到最大斜率效率为29%,最大输出功率1.52 W, 功率稳定度0.4％;2 kHz脉冲放大时得到最大输出功率1.1 W,功率稳定度0.45％, 最大斜率效率25%。并从放大后光谱和时域波形分析了导致脉冲放大时斜率效率和功率转换效率较低的主要原因为Yb3+离子波段放大自发辐射(ASE)的出现和Er离子波段ASE的过多积累。在高功率放大时, 增益随输入信号功率增大迅速下降; 同时结合抽运光频谱随驱动电流变化分析了其对放大器性能的影响。

从理论和实验两方面对掺镱包层全光纤调Q激光器进行了研究。建立了相应的理论模型,根据调Q光纤激光器的速率方程理论,用基于“能量利用率与初始反转粒子数关系”求解剩余反转粒子数的新方法,得出了调Q光纤激光器的初始参数诸如抽运功率、纤芯直径、光纤长度、输出透过率等影响脉冲宽度和脉冲能量的规律,进一步明确了压缩脉冲宽度和提高脉冲能量的方法; 优化了相关参数,为同类调Q光纤激光器的设计提供参考。实验用半导体激光器(LD)作为抽运源,增益光纤为D形双包层掺镱光纤。谐振腔高反端串接一个带尾纤的声光Q开关,实现了重复频率在10 Hz～100 kHz范围内可调声光调Q掺镱全光纤激光器的实验运转; 在重复频率500 Hz时,脉冲宽度为3 μs,脉冲能量达到2.94 mJ。