研究了基于多模干涉效应的线形腔可调谐掺镱双包层光纤激光器。激光器主要由单模光纤多模光纤平面反射镜构成的多模干涉光纤反射结构、大模场面积掺镱双包层光纤、宽带介质全反镜和3 dB输出耦合器构成。通过移动反射镜改变多模干涉光纤反射器的峰值波长实现了光纤激光器的可调谐输出。利用974 nm光纤输出半导体激光器作为抽运源，实验获得了从1038.82 nm到1071.06 nm的不同激光波长输出，可调谐范围近32 nm，3 dB带宽约为0.2 nm，平均输出功率为430 mW，激光器斜效率约为31%。

利用飞秒激光微加工技术, 可以在光纤纤芯内直写出布拉格光栅, 它与传统的光纤光栅制作方法相比, 具有耗时短、无需光敏光纤、周期可任意设定、光栅稳定性高等优点。采用800 nm钛宝石飞秒激光器, 在Hi1060光纤内写入一支8 mm长的布拉格光栅, 光纤光栅的周期为2.9 μm, 这是中心波长为1 042 nm的八阶光纤布拉格光栅。将所得光栅与一段有源的双包层光纤熔接, 作为激光输出镜, 利用975 nm的LD光纤模块作为泵浦源, 采用端泵浦技术构成双包层光纤激光器。双包层光纤采用Nufern公司镱(Yb3+)离子掺杂双包层光纤, 光纤长度3 m。所得激光器的输出功率为71.1 W, 中心波长1 042 nm, 带宽约为0.8 nm。

以248 nm的KeF准分子激光器为光源,基于相位掩模法,研究了大模场面积双包层光纤(LMA-DCF)光栅的刻写技术。在20/400 μm的LMA-DCF中制备出中心波长1076.11 nm,基模反射率大于99.9%,3 dB带宽0.32 nm的光纤布拉格光栅(FBG)。用已制备的FBG作为腔镜,采用分立的光学元件后向抽运掺Yb³⁺光纤激光器,实现了144 W的稳定激光输出,斜率效率为60%,输出激光光谱特性同FBG的光谱特性一致。

针对高功率掺镱双包层光纤激光器热效应引起的光纤损伤情况，由热传导方程，结合边界条件推导了两端泵浦情况下双包层光纤激光器光纤内的温度分布及热效应引起的应力分布，并对光纤内的温度分布和应力分布进行了数值模拟.结合模拟结果，对光纤的损伤进行了解释,分析了引起光纤热效应的主要因素.对两端泵浦情况的模拟与分析符合高功率光纤激光器的实际工作情况，这对优化高功率光纤激光器的设计有一定的参考价值.

通过在腔内放置汇聚型布儒斯特角轴锥体, 并对增益光纤采用双端泵浦, 实验上实现了掺镱双包层光纤激光器的径向偏振模振荡.对增益光纤的末端做了斜角抛光, 抑制了光纤端面间的寄生振荡, 减小了在低泵浦功率下被放大的自发辐射光份额.该激光器的域值约为175 mW, 斜率效率13.8%, 激发波长约1085 nm.当泵浦功率达到最大值460 mW时, 获得了39 mW的激光输出功率, 其光束偏振纯度和圆柱形对称性有显著改善.

基于稳态热传导方程,对高功率双包层光纤激光器的热效应进行了研究,分析了光纤尺寸、冷却条件、泵浦功率等因素对光纤温度场的影响。对给定参数的光纤,给出了理论功率极限。指出对于目前常用双包层光纤激光器,最大输出功率主要受各外包层材料的熔点和非线性效应限制,从而可以确定功率限制的瓶颈所在,提出有效的改进方案,如减弱或消除线性效应、提高外包层的耐热能及改进制冷方案。

高功率光纤激光器在定向能领域有着重要的应用。为了研究双包层光纤激光器的输出特性，采用数值模拟和实验研究的方法，进行了理论分析和实验验证。用国产大芯径掺镱光纤搭建了双包层光纤激光器，获得了1092nm的激光输出，功率为1．6W。结果表明，光纤最佳长度与后腔镜和抽运功率有很大关系，通过优化设计后腔镜，选取最佳后腔镜信号光反射率R₂，可获得最大激光功率输出，提高激光器效率，获得特定的稳定的纵模输出，优化系统的性能。

使用20 W/1.06 μm掺镱双包层光纤激光器作为抽运源, 抽运由300 m国产掺磷光纤和光纤光栅构成的级联拉曼谐振腔, 进行了高功率1.48 μm级联拉曼光纤激光器的实验研究。实验研究了不同反射率的输出光纤光栅对拉曼激光阈值和激光效率的影响。结果表明激光阈值随输出光纤光栅反射率的增加而减小。当使用25.7%的输出光纤光栅时, 激光器具有最大的转换效率, 在入腔抽运功率为12.1 W时, 获得了最大2.8 W/1.48 μm连续波激光输出, 相应的激光斜率效率和转换效率分别为31.3%和23.1%。通过监测1.48 μm激光的最大输出功率, 2 h内的功率波动小于5%。

使用国产掺镱双包层光纤搭建了双包层激光器实验系统.将透射率不同的反射镜作为后腔镜进行了激光器输出激光光谱和功率测量.根据激光器数学模型和增益理论,分析了实验中后腔镜参量对激光器输出特性的影响,并深入讨论了后腔镜透射率与激光器输出波长之间的关系.实验表明:后腔镜与激光器输出激光功率和波长紧密联系,通过调节后腔镜的透射率可以优化系统的输出激光特性.

受激拉曼散射是大功率光纤激光器性能提升的主要限制之一。采用数值方法深入分析了大功率光纤激光器中的拉曼效应，结果表明，增大信号波长和减小腔镜反射率能有效地减小受激拉曼散射的影响；深入探讨了不同泵浦方式下激光器的拉曼特性，为选取合适的泵浦方式提供了理论依据；首次研究了空间多点泵浦情况下大功率光纤激光器中的拉曼效应，对空间多点泵浦模型中如何优化泵浦方式、合理设置泵浦点功率具有指导意义。