为了探究四波混频非线性过程对高功率掺镱光纤激光光谱展宽特性的影响, 采用纤芯和内包层直径分别为20 μm和400 μm的掺镱光纤作为增益介质, 基于四波混频非线性过程建立掺镱光纤激光光谱分析模型, 分析了抽运功率、抽运波长、中心波长和注入模式数参数变化对掺镱光纤激光光谱展宽特性的影响, 得到了1080 nm激光的输出光功率谱以及输出激光线宽随各参数变化的曲线。结果表明, 四波混频非线性过程中, 抽运功率的增大会导致掺镱光纤激光输出光谱线宽展宽; 不同抽运波长抽运的输出光谱线宽展宽速率不同; 不同中心波长的输出激光光谱展宽程度相近; 掺镱光纤激光光谱线宽随着注入模式数增加逐渐展宽。该分析结果为掺镱光纤激光光谱展宽特性研究提供了理论支持, 对高功率光纤激光的工程应用有一定的参考意义。

为了研究多波长掺铒光纤激光放大器的放大特性, 在单频放大器的基础上, 忽略放大自发辐射, 推导了描述多波长掺铒双包层光纤放大器的稳态速率方程组, 建立了多波长掺铒光纤放大器的理论模型。利用该模型对单波长放大、双波长放大、四波长放大的特性, 进行了数值模拟和理论分析;以四波长的激光信号放大为例,对多波长掺铒光纤放大器的放大特性,均衡增益特性进行了研究。结果表明, 在单波长注入情况下, 光纤放大器的掺杂光纤存在最佳光纤长度为8m; 与小信号放大不同, 大功率掺铒光纤放大器在1530nm~1560nm之间增益谱趋于平坦;双波长放大输出功率差随着波长间隔的增加线性增大波长间隔为20nm时, 通过调节输入信号功率比可以实现最大功率差6.855W的功率均衡补偿; 四波长放大时, 通过信号功率配比之后的四波长激光输出功率最大偏差为0.28W, 在一定范围内实现了均衡增益。这一结果对于掺铒光纤激光的多波长激光输出以及在激光多普勒测风雷达中的应用具有一定帮助。

采用脉冲泵浦方案，研制出了基于增益调制技术的全光纤结构高重频脉冲激光器。采用电路直接调制的激光二极管作为泵浦源，双包层光纤作为增益介质，构造了光纤光栅选模的线形腔结构。实验中通过调整泵浦光脉冲宽度和光纤激光器谐振腔长度，得到了稳定的高重频脉冲。在100 kHz重复频率下，采用21 W的峰值泵浦功率和2.5 μs的泵浦脉冲宽度，获得了1.06 μm波长，脉冲宽度247 ns的稳定脉冲激光输出。脉冲峰值功率一致性好，平均功率长期功率稳定性为2%。观察并分析了由于纵模拍频在脉冲包络上产生的次脉冲特性。通过一级放大实现89.6 W输出。

通过建立耦合模方程，对一种同时包含传输芯和增益芯的复合结构光纤中的模场耦合特性进行了理论分析，同时使用速率方程和热传导方程对基于这种复合结构光纤的激光放大器的增益特性和热分布进行了数值计算和分析。研究结果表明，复合结构光纤中抽运光的耦合特性与抽运光的模式、纤芯半径和纤芯距离等因素有关；与端面抽运光纤激光放大器相比，这种复合结构光纤放大器对抽运光的吸收和激光转换相对平缓，光纤具有相对低的温度分布。因此，基于这种复合结构光纤的新型抽运技术可以解决使用端面抽运技术进行抽运时增益光纤温度过高的问题。这种复合结构光纤用于研制大功率光纤激光（放大）器有很大的优越性，为研制超大功率光纤激光（放大）器提供了一种新的途径。

采用桶中功率、β参数、像散参数、Strehl比和光束重心位置等参数描述远场光束质量，研究了在内光路中进行气体吸收对远场激光光束质量的影响，并与内光路中有横向吹风存在情况作了比较。用自编四维仿真程序进行了数值计算和物理分析。研究表明，随着吸收系数的减小或风速的增大，远场光束的峰值光强明显增强，可聚焦能力大大提高。但横向吹风会引起像散。

采用二阶矩束宽、桶中功率和光束质量参数作为特征参数,研究了大气湍流对厄米-高斯(H-G)光束远场光束质量造成的影响,并对其作了详细的数值计算和分析.研究结果表明,在大气湍流中,TEM10模光束的相对展宽小于TEM00模光束的相对展宽.在湍流不太强的情况下,例如Rytov变量小于9时,TEM10模的PIB小于TEM00模光束的桶中功率,TEM10模的光束质量参数大于TEM00模光束的光束质量参数.但是,随着湍流的进一步增强,TEM10模的PIB和光束质量参数值逐渐趋近于TEM00模的PIB和光束质量参数值.