受限于短脉冲泵浦源高峰值功率和高平均功率之间的矛盾, 以及短脉冲泵浦源芯径与光子晶体光纤芯径的较大差异, 现有的短脉冲白光超连续谱光源输出在200 W左右。基于短脉冲泵浦源工作频率和脉冲宽度的调节技术、高效的模场匹配技术等, 实现了kW级全光纤短脉冲泵浦源的稳定产生, 以及短脉冲泵浦源与光子晶体光纤纤芯之间的高效耦合, 产生了平均输出功率为563 W的高功率超连续谱光源, 为目前该领域公开报道的最高功率。

包层光剥离器（CLS）是保证高功率全光纤激光器稳定性与光束质量的核心器件，有效剥除包层光是光纤激光器全光纤化、工程化的重要步骤。详细阐述了CLS制备技术的研究现状，并将其分为基于折射效应、吸收效应、散射效应3种CLS制备技术，分析了各种CLS制备技术的特点。该研究为未来可实现低温升系数、高衰减系数的高功率CLS制备技术提供了参考。

报道了一种紧凑型930 nm被动锁模掺钕全光纤激光器, 该激光器由掺钕全光纤振荡器和一级掺钕全光纤放大器构成。振荡器采用线型腔结构, 增益介质为长度8 cm的高掺杂掺钕石英光纤, 抽运源为一个最大功率为200 mW的808 nm单模半导体激光器, 利用半导体可饱和吸收镜实现被动锁模, 获得超短脉冲激光输出。振荡器输出平均功率为1 mW, 重复频率为28.2 MHz, 脉冲宽度为8.8 ps, 3 dB光谱宽度为0.37 nm。为抑制掺钕光纤放大器中1060 nm波段激光的竞争, 采用长度为10 m 的W型掺钕光纤作为增益介质进行功率放大, 很好地抑制了1060 nm波段激光, 最终实现了平均功率为117 mW, 中心波长为930 nm, 单脉冲能量为4.15 nJ, 重复频率为28.2 MHz, 脉冲宽度为8.8 ps, 10 dB光谱宽度为2.98 nm的脉冲激光输出。

为了实现功率稳定的风冷高重频脉冲光纤激光器, 采用主振荡功率放大结构, 对声光调Q的全光纤激光器进行了研究。振荡级采用声光调Q方案, 以光纤光栅对为激光器腔镜, 915nm激光二极管连续抽运, 得到了中心波长1064nm、重复频率10kHz到130kHz可调的激光脉冲输出。采用两级大模场双包层光纤放大, 实现了平均功率101W、脉冲宽度328.1ns、3dB光谱宽度0.6nm的激光输出。第二放大级光光转换效率69%, 激光器总光光转换效率达62.7%。分析了声光调Q产生的宽种子光脉冲经放大后发生波形畸变的原因。结果表明, 采用915nm抽运波长提高了激光器输出激光功率稳定性, 在风冷的情况下输出功率长期稳定性优于2%。

依据速率方程和边界条件,对高功率多点抽运全光纤激光器进行了研究.通过自制的级联侧面泵浦耦合器搭建全光纤激光器,级联耦合器的单点泵浦效率为96%,泵浦传输损耗为10%,信号光损耗分别是0.18 dB和0.87 dB;线性谐振腔结构中：前向抽运的光-光转换效率为69%,低于后向抽运中70%的光-光转换效率,与理论分析一致;双向泵浦方式中,在单臂输入975 nm泵浦功率为110 W的条件下,激光功率输出为311 W,中心波长为1 080 nm,光谱宽度为1.6 nm,光-光转换效率为70%,光束质量约为1.3.激光器性能稳定,若增加单臂泵浦功率或级联泵浦耦合器个数,可获得更高功率的激光输出.

分析了高功率光纤激光器中受激布里渊散射(SBS)效应的抑制方法.研究表明,利用宽带噪声源高速相位调制展宽光谱的方法对于抑制SBS十分有效,可实现kW级用于光谱组束的数10 GHz高功率光纤激光子束.通过理论计算线宽与SBS阈值的关系,并分析噪声相位调制各参数对SBS阈值提升的影响,优化了光纤激光器设计参数.通过宽带噪声高速相位调制的方法,展宽单频种子源线宽至13 GHz,通过两级预放大至10 W后,使用20/400 μm掺Yb光纤最终实现了中心波长1064 nm、线宽13 GHz、最高功率1.06 kW的激光输出,光束质量M2＜1.2,光-光转换效率86%,实验过程未观测到模式不稳定性现象.进一步扩宽噪声源频带,加大调制深度,有望实现更高功率的窄线宽光纤激光输出.

理论分析了纤芯错位对激光输出功率及光束质量的影响,研究表明,纤芯错位后纤芯中的各个模式均有一定的功率衰耗,且基模总会向高阶模耦合,导致光束质量下降。采用20/400 μm的双包层掺镱光纤,搭建了高功率全光纤激光振荡系统,实验研究了谐振腔外纤芯错位、谐振腔内纤芯错位以及谐振腔内和谐振腔外纤芯同时错位几种不同的情况对输出激光性能的影响,结果表明,谐振腔内纤芯错位和谐振腔外纤芯错位都会造成激光器性能的下降,但谐振腔内纤芯错位将导致激光器功率明显下降,而谐振腔内和谐振腔外同时错位会导致激光器光束质量急剧下降。

基于主振荡功率放大结构设计了kW级全光纤激光器, 对激光器的功率分布及输出、弯曲选模以及冷却条件下增益光纤的热分布进行了数值模拟分析。搭建了所设计的全光纤激光器, 在注入总泵浦功率1436 W时, 实验获得了1060 W高功率连续激光输出, 光光转换效率73.8%, 光束质量因子小于1.6。初步分析了导致激光器实验输出与理论设计二者偏差的原因。