为了得到光纤激光器的好的调制特性，对光纤激光器的偏振态控制与否进行了对比试验，发现激光器没有进行偏振态控制，调制后的信号为噪声，即无法调制；利用扭转光纤控制构成腔的偏振态，选频器采用保偏光纤上写入的光纤光栅研制的环形激光器，调制特性可以与半导体激光器相比拟。比较了利用半导体激光器与偏振态控制的光纤激光器100km传输实验结果，二者结果一致。研究结果有利于光纤激光器在光纤通信中的应用。

为了增加19芯光纤激光器总输出光功率中共相位模式所占比例, 提出两种改进方法, 一是在掺镱光纤端面与反射镜面之间塔尔博特(Talbot)腔内引入三段具有一定间隔的非掺杂光纤, 其结构尺寸和纤芯数值孔径均与掺镱光纤相同; 二是将单模光纤激光器作为种子光源, 利用透镜组对高斯光束进行束腰变换实现模式匹配, 从而最大限度地激励共相位模式。基于速率方程组对改进后的方案进行了数值分析, 计算了光纤端面间隔距离、信号输出端镜面功率反射系数和抽运功率对共相位模式功率所占总输出功率比例的影响。研究表明, 在改进方案一中对于固定的镜面功率反射系数, 存在最佳间隔距离以使共相位模式功率比例最大, 共相位模式所占比例可以从改进前的79.06%提高到88.25%; 通过改进方案二共相位模式所占比例可以提高到95.74%, 从而确保了更好的光束质量。

利用数值算法计算了掺镱双包层光纤放大器分段泵浦方式下的稳态速率方程组，分析比较了双端泵浦和多段泵浦方式下的最佳光纤长度，最高温度和效率，并采用遗传算法对分布泵浦功率的大小和每段光纤长度同时进行了优化。结果表明，通过优化，大功率分段泵浦光纤放大器获得了较为平坦的温度分布，与双端泵浦相比，大大降低了最高工作温度，斜率效率略有下降。

针对高功率掺杂光纤激光器设计中存在的多个设计参数无法全局最优化的问题,本文提出一种高效灵活的遗传算法对高功率掺镱双包层光纤激光器的六个重要参数(泵浦波长、信号波长、谐振腔的反射率、光纤长度、掺杂浓度、泵浦功率)同时进行多维变量优化.该方法采用一种全局优化算法(遗传算法),分别讨论了在输出信号功率作为遗传算法中的目标函数时,高功率掺镱双包层光纤激光器的各个系统参数配置.实验结果表明,在所设定的波长范围内,最优的泵浦波长和信号波长分别为975nm和1044nm;最优光纤长度和掺杂浓度有一一对应的取值;谐振腔输入镜面反射率应越大越好,而输出镜面反射率与泵浦功率的大小相关.

将双凹槽金属二元光栅用于侧面泵浦大功率双包层光纤激光器中,这种具有等槽深、不等线宽的双凹槽金属二元光栅可以被直接制作在双包层光纤的侧面内包层上,以实现大功率的激光泵浦.通过选择梯度优化算法(如拟牛顿算法)和微型遗传算法准确地预测出:利用这种双凹槽金属二元光栅结构能实现对TE偏振光的耦合效率为77.27%,而对TM偏振光的耦合效率为94.77%.同时,也对这种结构的制作容差和最小特征尺寸进行了分析和计算.

以七芯光纤激光器为例,提出一种提高多芯光纤激光器总输出光功率中共相位模式所占比例的方法,即把多芯光纤激光器作为种子光源,输出信号光再经过多芯光纤放大器进行放大.基于速率方程组对激光器和放大器中的模式竞争进行了数值分析.计算表明:激光器输出端与放大器输入端之间距离存在一个最佳值,以使得放大器输出信号中低阶模式功率占总输出功率的比例最低,可以下降到小于1%.研究表明:级联放大系统可以有效增强共相位模式同时抑制低阶模式,比传统的塔耳博特腔激光器具有更好的光束质量.

利用松弛迭代法数值求解分段抽运方式下光纤激光器的稳态速率方程组,提出了基于遗传算法对分段抽运的功率大小和光纤长度进行同时优化的方法从而实现了最佳温度分布,分析比较了双端抽运和多段抽运方式下的最佳光纤长度,最高工作温度和效率,研究表明,分段抽运方式较双端抽运方式,一方面最高工作温度大大降低并具有更为平坦的温度分布,另一方面由于最佳光纤长度的增加使得信号光衰减变大,从而导致效率略有下降.

理论分析了由掺镱光纤放大器、高非线性光纤(HNLF)和光栅对组成的高功率飞秒脉冲产生系统。由于掺镱光纤放大器固有的有限带宽效应会导致脉冲抛物波形和线性啁啾的畸变,影响脉冲的压缩。在放大器和光栅对之间引入高非线性光纤,可以在展宽脉冲频谱的同时也保持波形和线性啁啾。针对高非线性光纤计算了不同的非线性系数和色散参量对压缩脉冲宽度和压缩效率的影响。研究表明,较高的非线性系数可以进一步降低最小压缩脉冲宽度,但是压缩效率随光纤长度增加而下降的趋势也变得越显著; 较低的色散参量有利于得到更短的压缩脉冲,并且相对较高色散参量不会显著地降低压缩效率; 在一定范围内,通过延长高非线性光纤可以缩短压缩脉冲,同时需要兼顾压缩效率。

提出了一种基于亚波长衍射光栅理论的介质-金属-介质的对称夹层结构,这种结构因为没有使用诸如折射率匹配液、光学固化胶等承受不了较高温度的黏接物质,所以可以用于大功率激光二极管阵列的侧面抽运,尤其可用于条形半导体激光器侧面抽运双包层掺杂光纤中,以制作各种大功率稀土离子掺杂光纤激光器,并且其耦合效率可以达到80%以上。同时,这种侧面抽运技术还支持多点抽运以及光纤两端同时激射高能激光。

利用平均反转率迭代算法计算掺镱双包层光纤放大器分布泵浦方式下的稳态速率方程组,并采用遗传算法对分布泵浦功率的大小和每段光纤长度同时进行优化.评估函数中引入了每段光纤中最高温度的标准方差,以确保每段光纤中的最高工作温度是相同的.通过优化,7段泵浦的最高温度和标准方差分别为126.34 ℃和1.95 ℃ ,8段泵浦条件下的最高温度和标准方差分别为119.76 ℃和2.12 ℃.而未经优化的7段泵浦的最高温度和标准方差分别为147.12 ℃和21.37 ℃,8段泵浦条件下的最高温度和标准方差分别为139.95 ℃和20.83 ℃.计算结果表明:泵浦方式的优化降低了最高温度和标准方差,实现了光纤中温度分布的均匀性,并且通过增加泵浦段数可以进一步降低最高温度和平坦温度分布.