高功率光纤激光是当前我国激光科学技术领域的前沿热点，而稀土掺杂的有源光纤是高功率光纤激光器的核心器件。与常规有源光纤不同，多折射率层有源光纤的纤芯和包层之间增加了一个或多个辅助折射率层，展现出了特殊的模场特性，有望进一步提升高功率光纤激光的输出功率。利用传统方法分析不同结构参数下多折射率层有源光纤的模场特性时，通常需要耗费较长的时间求解麦克斯韦方程组。笔者首次引入机器学习算法来预测多折射率层有源光纤的模场特性。该方法仅需要数据空间中0.1%的样本，就可以学习多折射率层有源光纤结构参数与其模场特性之间的复杂映射关系，进而实现无须求解麦克斯韦方程组的快速精准预测。该方法的平均预测误差小于0.6%，预测速度相比传统方法提升了约7000倍，为多折射率层有源光纤的模场特性分析提供了新思路。

光纤构成了当今世界通讯的主干网络，已成为人类活动的底层构架。近年来，物联网万物互联对光纤传输带宽的需求急剧增加，光纤功能更是从单一的信息传输扩展到了信息传输和感知一体化，特种石英光纤是实现该目标的一个重要组成部分，其研发成为了热点。特种光纤的复杂结构和多组分掺杂给其高效制造提出了挑战。本文围绕增材制造技术在特种石英光纤高效制备方面的难题、探索及进展进行总结梳理，首先重点报告在基于紫外光固化的增材制造技术路线下，如何克服大尺寸石英增材制造中陶瓷化和塌缩的难题，发展适合的增材技术用于制备特种石英光纤预制棒，以拉制出所需的特种光纤。然后介绍直接墨水书写与选择性激光熔融等不同增材技术用于石英光纤预制棒制造的近期进展。最后对增材制造在石英光纤制造中存在的问题和未来发展趋势进行简要讨论与展望。

双向掺铒光纤放大器(Bi-EDFA)是空域有源光纤腔衰荡传感系统的关键器件, 其增益特性和噪声特性直接影响传感系统的稳定性。设计了适用于空域有源光纤腔衰荡传感系统的低增益、低噪声的增益钳制Bi-EDFA, 并应用Optisystem仿真软件对其进行优化。仿真结果表明: 通过优化设计, 可获得增益系数、噪声系数分别为15.35 dB、3.52 dB, 且能保持增益钳制的Bi-EDFA。

具有高功率、宽频谱的超连续光谱(SC)光源被广泛应用于光谱学及生物医学等领域。介绍了几种基于无源光纤和有源光纤产生高功率SC的产生方案, 从光纤材料、带宽和输出功率等方面对各个方案进行了总结对比, 并指出通过合理选择光纤类型或结构, 有利于提升SC带宽及输出功率。

稀土掺杂有源光纤激光器或放大器具有重量轻、体积小、电光转换效率高等优点,在空间激光通讯、空间激光雷达、太空垃圾处理及**等方面有重要应用价值。然而,常规稀土掺杂有源光纤在太空辐射环境中的辐射诱导损耗是非稀土掺杂无源光纤的1000倍以上,这给面向空间应用的光纤激光器或放大器的长期稳定性带来了严峻挑战。本文简要介绍了太空辐照环境、石英光纤在太空中的应用需求和所面临的挑战;然后从三个方面详细介绍了当前国内外在耐辐照有源光纤领域取得的最新研究成果:1)有源光纤辐致暗化机理,2)有源光纤耐辐射特性的影响因素,3)提高有源光纤耐辐射特性的方法;最后,对耐辐照有源光纤的未来研究方向进行了展望。

提出了一种以可调谐滤波器实现波长扫描、以标准具实现波长标定的有源光纤光栅传感器波长解调方法，并搭建了相应的解调系统。对所提出的解调方法的可行性及解调系统的测量精度与稳定性进行了实验验证。结果表明,该方法可以准确地测量有源光纤光栅的光波长；解调系统在1533~1550 nm波长范围内的解调精度高于6 pm，测量波动范围在±5.7 pm之间。

设计了一种用于探测光纤激光器系统中有源光纤中残余的弱泵浦光的方法。采用两种光纤探针对剥离涂覆层的有源光纤以及保留涂覆层的光纤进行了包层泄漏光的测试, 优选出锥形探针作为弱光探测的光纤探针, 并用该探针测得泄漏光与包层残余泵浦光的功率关系, 发现二者呈线性关系并有对应的比例系数。通过该光纤探针的方法可实现快速确定有源光纤在激光器中的使用最佳长度, 避免传统方法中对有源光纤进行多次切割、熔接再测试等操作, 极大地提高了测试效率并降低了测试成本。试验同时发现, 光纤探针在剥离涂覆层光纤上的探测效果优于未剥离涂覆层的光纤探测效果。

研究了Yb3+/Er3+共掺60P2O5-15BaO-10Al2O3-5ZnO-10R2O(R=Na, K)以P2O5为主体的磷基有源光纤材料的光谱性质, 以及不同Yb3+/Er3+掺杂浓度对光谱性质的影响规律。当Er3+浓度为9.100×1019 /cm3、Yb3+的掺杂浓度为5.407×1020 /cm3、Yb3+/Er3+浓度比为6∶1时, 玻璃样品在1 531 nm处的受激发射截面最大, 为6.17×10-21 cm2。同时, 其荧光寿命为9.73 ms, 荧光半高宽为53.16 nm, 发射截面与半高宽的乘积为3.28×10-32 m3, 综合性能最佳。

理论与仿真研究了基于有源光纤环形腔内相位调制的能提供多个光载毫米波的光源设计与特性。通过光相位调制指数, 输出/输出耦合器的耦合系数，腔的环程净损耗和带通滤波器带宽的最佳均衡设计，获得了48个具有较好幅值均匀性的40 GHz光载毫米波。光载毫米波相位噪声影响的分析结果显示：当输入激光线宽小于100 kHz，腔长小于4 m时，毫米波信号的频宽可小于100 Hz。给出了调制电压，光放大器增益和腔长的扰动与光载毫米波幅值稳定性之间的定量关系。

多波长窄线宽激光光源可以大幅降低高密度波分复用器(DWDM)光网络节点设备的光源成本。用有源光纤环形腔内相位调制方法来产生多波长光源,避免了激光阈值特性引起的模式竞争导致的输出功率稳定性差的缺点,通过腔长控制与射频调制频率调节可以实现数百个波长窄线宽激光稳定输出,导出了该方法产生多波长光源光波表达式。数值计算结果表明:相对总输出和单波长相对输出与组成光纤环形腔的输入/输出耦合器的耦合系数和相位调制器的相位调制深度有关,耦合器的耦合系数在0.9以下,同时相位调制深度在2.0 rad以上有利于输出功率稳定,总输出和单波长输出功率分别达到几百毫瓦和毫瓦级。对任意边带激光线宽的理论分析和计算显示:在腔内环行时间不是远大于输入光的相干时间时,任一波长激光的线宽与输入激光的线宽相当。