耦合效率的高低与耦合后光斑的好坏直接影响着光子晶体光纤棒的放大效果, 因此需要对种子光的耦合效果进行研究, 选择合适的激光器作为种子源。本文对光子晶体光纤棒在固体激光器与光纤激光器两种情况下的耦合效率进行了理论分析; 模拟计算了两种激光器情况下耦合效率的变化规律以及对准误差对耦合效率的影响; 选择合适的透镜或透镜组, 使用两种激光器对光子晶体光纤棒进行了耦合实验; 对比两种激光器的耦合效果可知: 固体激光器的耦合效率最高只能达到62.4%, 而光纤激光器的耦合效率可以达到80%以上; 在光纤激光器耦合情况下, 对不同功率注入时耦合效率, 以及耦合后光斑进行了实验分析。得到的实验结果对后续光纤棒的放大实验具有指导作用。

使用光子晶体光纤棒作为增益介质，设计了皮秒脉冲放大器的实验光路。通过实验研究分析了光子晶体光纤棒皮秒脉冲放大器的输出功率、斜率效率与光光转换效率、光束质量、重复频率、脉宽、光谱。获得了最大平均功率为101.7 W，重复频率为30 MHz，脉宽为6.4 ps，横向和纵向光束质量分别为1.111，1.017的近衍射极限输出，放大器的斜率效率达到了65%，光光转换效率达到了58.9%。

提出了一种主振荡光纤放大系统，围绕提高脉冲信号的峰值功率和拓宽系统重复频率的调制范围两方面进行了实验研究。实验采用电脉冲调制和声光调制的方式对光脉冲序列进行调制，抑制了半导体种子源在小信号放大时产生的放大自发辐射效应和自激振荡，解除了种子源对系统重复频率的限制，使系统的重复频率在1~200 kHz范围内连续可调。在声光调制器对光脉冲的调制过程中，声光Q开关有效抑制了放大过程中由自相位调制引起的光谱展宽。实验采用大模场棒状光子晶体光纤作为增益介质，提高了光脉冲的峰值功率和输出光的光束质量，抑制了因峰值功率过高引起的非线性效应，最终实现了脉冲宽度为1.12 ns、峰值功率为2.01 MW的稳定光脉冲输出，平均功率超过56 W，输出光束质量接近衍射极限(M2x=1.49，M2y=1.54) 。

高峰值功率的超短脉冲激光器在激光精细微加工等领域具有重要应用价值。以超大模场光纤为增益介质对超短脉冲激光进行功率放大，是实现高光束质量、高峰值功率超短脉冲激光输出的有效技术手段。以脉冲宽度、重复频率可调的1030 nm锁模光纤激光器为种子光源，通过多级全光纤功率预放大和以超大模场棒状光子晶体光纤(PCF)为增益介质的功率放大器，搭建了高峰值功率皮秒脉冲光子晶体光纤放大器系统。实验研究了棒状PCF放大器的输出特性，在脉冲宽度为30 ps时实现了峰值功率为2.94 MW的近衍射极限激光放大输出。