基于产生3 μm中红外激光的Er³⁺能量转换过程与能级体系，建立了掺铒氟化物光纤激光器的速率方程和传输方程，系统地研究了泵浦结构和光纤长度对输出功率、斜率效率以及腔内泵浦和激光功率分布的影响，为后续的实验提供理论依据。仿真确定了小泵浦功率的光纤激光器理想的光纤长度为4~8 m，最终实验选择4.7 m光纤完成了中红外掺铒氟化物光纤激光器连续激光输出光路的搭建， 在泵浦功率为5 W、中心波长为2.797 μm处实现了最大功率1.038 W、斜率效率20.4％的连续激光输出。

基于电子动能与温度的关系以及费米黄金定律，对速率方程进行了优化，使其能够计算电子温度，进而实现了更为精准的速率方程求解。与已有的动能平衡法比较，该方法对能带电子温度变化过程进行了详细的描述，故无需采用优化算法求解，所以可以避免因陷入局部最优解而带来的多次计算的收敛值一致性较差的问题。计算结果表明，该方法在选取不同的初始温度时，通过自洽求解，即可解出各能级电子温度，且均可获得一致性较好的收敛值。

双光子吸收碱金属蒸汽激光器（TPAL）在基础研究和**工程中有重要的应用前景，近些年来已成为激光领域研究热点之一，但TPAL还缺少相关的理论模型。因此，本文基于碱金属原子的双光子吸收能级跃迁过程构建速率方程，并建立了TPAL理论模型，研究了单波长泵浦双光子吸收铷蒸汽激光器（Rb-TPAL）的工作特性，分析了泵浦光束腰位置、蒸汽池温度以及泵浦功率对Rb-TPAL蓝光输出特性的影响。结果表明，通过优化泵浦光束腰位置和蒸汽池温度，在高功率泵浦情况下，Rb-TPAL可获得高功率蓝光激光输出。

利用速率方程模型对主振荡−功率放大器结构的1 μm波段掺镱（Yb）高功率光纤激光器中存在连续波反向信号光时的功率特性进行了理论分析，结果显示反向信号光功率会被高功率激光放大器所明显放大，10 kW级的光纤激光器中，100 W的反向信号经过放大器后功率会被放大至kW量级；与此同时，反向信号放大过程对反转粒子数的消耗会导致激光器的正向输出功率的严重下降。另外，反向信号放大也会导致放大器输出端的激光功率过强，加剧泵浦吸收和受激发射过程，增加该处的热负载、导致温度大幅上升100 ℃以上，对稳定性产生潜在影响。反向信号导致振荡器提供的正向种子光功率波动和下降时，正向信号不能充分饱和有源光纤中的增益，会进一步加强反向信号在主放大级中的放大作用，进而对系统造成更严重的影响。提高正向种子光功率、增强正向信号对激光增益的饱和作用，有助于抑制反向信号的放大过程，但需综合考虑种子源稳定性、热负载、热致模式不稳定和受激拉曼散射等因素合理选择种子光功率。