基于非线性偏振旋转锁模原理、非线性薛定谔方程和色散波干涉理论, 建立了被动锁模光纤激光器的光谱分析模型。采用此模型进行数值仿真, 研究了腔体长度、增益光纤长度和耦合输出比对光谱边带的影响。并分别采用13 m、16 m和26 m的腔长, 0.5 m, 1.5 m和3 m的掺铒光纤以及不同的耦合输出比进行了实验, 对比了上述情况下激光器的输出光谱。实验与仿真结果表明, 要抑制光谱边带, 应尽量缩短腔长, 适当增加增益光纤的长度和采用较低的耦合输出比, 并保证激光器处在基阶锁模状态。理论模型的仿真结果与实验现象吻合较好。取3 m增益光纤、13 m腔长和10%的输出比, 获得了光谱边带抑制较好、谱宽20.4 nm的锁模脉冲激光, 重复频率为15.87 MHz, 单脉冲能量约0.52 nJ, 脉冲幅值和光谱谱宽分别存在约4%和2%的波动。

锁模光纤激光器能够产生超短脉冲,在众多领域中有着广泛的应用前景。概述了光纤激光器锁模实现技术的基本原理、典型结构和最新研究进展,分析了主动锁模、被动锁模和混合锁模技术的优缺点,并对多波长锁模、拉伸脉冲锁模和基于光子晶体的锁模光纤激光器的最新研究情况进行了介绍和分析。展望了锁模光纤激光器研究的发展方向和急需解决的问题。

基于环形腔被动锁模光纤激光器的基本原理，对影响其输出特性的关键因素——耦合输出比(R)作了理论和实验研究。理论仿真结果表明，要得到高质量的脉冲，激光器腔内增益与耦合输出比存在一最佳比值，小信号增益为7.5 dB时，耦合输出比应在30%左右。实验中取3 m长的增益光纤，分别采用5%，10%～40%和60%～90%的耦合输出比搭建环形腔被动锁模光纤激光器。实验结果对比分析表明，耦合输出比对激光器的输出特性有重要影响，R取5%～10%间时脉冲谱宽最宽(可达25.4 nm)且谱宽调谐范围较大(>12 nm)，R=10%和30%时脉冲波动幅度最小，R=70%左右时单脉冲能量最大(达3.86 nJ)。另外，取R=30%，可在脉冲幅值波动较小的基础上获得最大的脉冲能量; 而R=10%时为保证脉冲波动小、谱宽宽和能量大的平衡点。取3 m长的增益光纤和R=10%的激光器，获得了重复频率15.87 MHz，谱宽25.4 nm，单脉冲能量约0.52 nJ的脉冲激光，这些特性不会受到工作台振动、激光器搬动及普通温度变化等因素的影响，脉冲幅值存在约4%的波动。

超宽带(UWB)无线通信的关键技术之一是UWB窄脉冲产生技术。为简化光子超宽带脉冲源的设计, 提出采用基于光纤可饱和吸收体效应的环形腔被动锁模光纤激光器来设计光子UWB脉冲源。为了获得满足UWB室内无线通信频谱范围的脉冲, 利用色散和啁啾效应展宽脉宽的原理, 在激光器环形腔内使用较长的增益光纤引入大量色散效应, 将光脉冲展宽以符合美国通信委员会(FCC)规定的室内UWB通信频谱范围(3.1～10.6 GHz)。并根据光纤激光器谐波锁模的原理, 通过控制偏振态调制输出脉冲的周期以提高脉冲重复频率。实验中, 展宽的光脉冲经光电转换器转换成UWB电脉冲序列后, 由宽带数字示波器进行波形观测和测量。通过调节偏振控制器, 获得了可输出8种不同脉冲重复频率的光子超宽带脉冲源。

分析了利用光纤中的受激布里渊散射(SBS)相位共轭效应进行激光腔内调Q,产生ns量级脉冲激光的原理,并对利用该效应产生的激光脉冲波形和脉冲形成过程进行了数值模拟,得到的脉冲波形与SBS相位共轭反射率随时间变化曲线基本一致,表明利用光纤中的SBS相位共轭作用调Q具有可行性。据此,对采用单模光纤(SMF)作为SBS池的掺Er3＋调Q光纤激光器进行实验研究,当单模光纤长度为1.5 m时,在45 mW的抽运光功率下得到脉宽约2.6 ns,脉冲周期58.23 ns,平均功率7.35 mW的激光脉冲。进一步的研究表明：激光器中相位共轭镜的形成与SBS介质长度有关,SBS介质过长,斯托克斯线之间无固定的相位关系,不能形成相干叠加,SBS相位共轭腔不能形成; SBS介质过短,腔内正交偏振模光子寿命的改变使脉冲出现双峰现象。脉冲形成后其属性只与SBS动态属性有关。

综述了消逝场型光纤氢气传感器的原理、特点，对光纤中消逝场的分布情况作了理论分析。光纤腐蚀实验所得数据绘制的图像与理论分析图像在变化趋势上一致，同时；实验结果也揭示了光纤腐蚀的规律性。最后使用腐蚀所得的光纤通过镀膜制作出了光纤氢气传感器的传感头。