近年来，掺铥光纤激光器凭借其结构紧凑、光束质量好、量子效率高等优势得到了越来越多的关注。其中，高功率连续掺铥光纤激光器已经在医疗、**安全、空间通信、大气污染检测、材料加工等众多领域有了重要应用。过去近20年时间里，高功率连续掺铥光纤激光器发展十分迅速，目前最高输出功率已达千瓦量级。本文从振荡器和放大系统两个方面对以往报道的高功率连续掺铥光纤激光器进行了回顾，并给出了关于未来发展趋势的一些看法。

设计了一种用于产生超连续谱的新型高非线性光子晶体光纤结构,其光纤包层空气孔大小从内到外呈凹型分布,将最内层空气孔直径d1和最外两层空气孔直径d5和d6设置为较大值以分别获得高非线性和低损耗特性; 为了降低光纤制作难度,将第二至第四层空气孔直径设置为相同。基于多极法分析了光纤包层空气孔间距Λ和各层空气孔直径对色散、非线性系数和损耗的影响规律,并设计了最佳结构参数。仿真结果表明,该结构光纤双零色散点分别为798和1260nm,色散极大值为71.6ps·nm-1·km-1,在0.72~1.3μm波长范围内,色散斜率小于0.81ps·km-1·nm-2,780nm处的非线性系数为153.2W-1·km-1,800nm处损耗为3.1×10-3dB/km,性能相比市场同类型光子晶体光纤更具优势。

在主振荡功率放大系统工作时，由于增益饱和现象的出现，经常会使输出脉冲发生较大形变，偏离种子激光时域波形，导致输出脉冲波形不可控制。为了得到特定脉冲时域波形，研究者们提出了主振荡功率放大时域整形技术。本文介绍了不同时域整形理论模型的计算方法和实验研究进展，并且指出主振荡功率放大时域脉冲整形技术有望实现更灵活、更精细、更大脉宽范围的脉冲波形输出控制。

基于Nd∶GdVO₄晶体研究了自锁模拉盖尔-高斯(LG)涡旋光束。通过不断调节谐振腔内的损耗实现厄米-高斯(HG₀₀和HG₀₂)模式稳定的皮秒自锁模激光输出。模式转换器可将HG₀₂模式转换为LG₀₂模式稳定的皮秒自锁模涡旋脉冲,锁模脉冲频率为1.35 GHz。LG₀₀和LG₀₂模式锁模脉冲的平均输出功率分别为484 mW和371 mW,斜效率分别为30.3%和19.3%。

2μm波段掺铥脉冲光纤激光器由于在人眼安全、激光雷达、生命科学、光通信和医疗等领域有着重要的应用, 近年来成为新型光纤激光器的研究热点。以石墨烯为代表的二维材料因其优良的可饱和吸收特性引起人们的广泛关注。分析了碳纳米管、石墨烯、黑鳞及拓扑材料等二维材料作为可饱和吸收体在掺铥脉冲激光器中的应用和发展。对国内外基于二维材料的掺铥脉冲光纤激光器的研究进展进行了综述, 并对其未来的发展前景进行了展望。

2μm波长可调谐掺铥连续光纤激光器具有调谐范围宽、输出线宽窄和噪声低等特点, 在激光雷达、遥感、光通信、光谱分析、环境监测及激光医疗等领域具有重要应用, 近年来成为光纤激光技术领域的研究热点。文章首先介绍了可调谐光纤激光器中实现波长选择的各类光栅元件的基本结构及工作原理, 涉及到的光栅元件主要包括闪耀光栅、体布拉格光栅和光纤光栅; 其次重点阐述了基于光栅的可调谐掺铥连续光纤激光器在国内外的研究进展, 最后对其未来的发展趋势做出展望。

鉴于自由曲面模型的面形拟合精度在自由曲面表征以及面形初始结构选取等研究中的重要性, 本文针对基于面形斜率的高斯径向基表征模型, 研究了不同的采样点分布类型对该模型面形拟合精度的影响。采用不同采样点分布拟合离轴二次曲面和带凸起的抛物面, 结果表明采用均匀随机分布的采样点有利于实现高精度的面形拟合, 且达到一定的拟合精度后, 采样点的数目对拟合精度的影响有限。以离轴三反系统为设计实例, 对比了由不同采样方式生成初始面形后系统的像质优化结果。结果显示, 采用均匀随机型采样方式得到的初始面形进行系统优化, 最终全视场平均调制传递函数(MTF)可以达到0.72以上,远高于由边缘集中采样方式生成初始面形后系统像质的优化结果, 从而印证了理论研究结果。

设计并研究了Nd：YVO₄自锁模皮秒激光器，探究了激光器的最佳锁模条件。观察并分析了自锁模皮秒激光器准周期锁模、倍周期锁模状态，研究并测量了结构紧凑的直腔自锁模激光器的输出特性。谐振腔为凹平直腔，Nd：YVO₄晶体作为激光增益介质和克尔介质，在未加其他锁模元件的情况下，实现了1 064 nm高效率连续锁模脉冲激光输出。晶体距输入镜16 mm、腔长为90 mm时，对1 064 nm透过率分别为10%、20%、30%和50%的四种输出镜下激光器的输出特性进行了对比分析。对激光器进行优化设计，输出镜透过率为10%，泵浦功率为8 W时，激光器输出功率为2.76 W，斜效率高达43.2%，锁模脉冲重复频率为1.43 GHz，激光器实现了高效、稳定的连续锁模。

利用全矢量有限元法设计了一种非对称三角晶格SPSM-TPCF(单模单偏振太赫兹光子晶体光纤), 该光纤具有高双折射、宽带宽、低平坦色散和SPSM传输等特性。分析结果得出, 在330 μm处, 双折射高达0.036 5, 拍长为9.04 mm; x和y偏振模的限制损耗分别为48.01和0.008 13 dB/m; y偏振模的有效模场面积为7 557 μm2, 数值孔径为0.56。在波长326.5~359 μm范围内实现SPSM传输, 且y偏振模损耗始终低于0.1 dB/m; 该光纤呈现低平坦色散特性, 色散值仅为(-2.14±0.45) ps/(nm·km)。