锁模和超短脉冲同步抽运是拉曼光纤激光器得到超短脉冲的主要方式。在锁模拉曼光纤激光器中,基于等效可饱和吸收体的结构可以实现较高性能的输出,但目前仍面临增益光纤过长带来的问题。超短脉冲同步抽运的方式可以有效解决这一问题,实现参数极佳的超快拉曼激光输出。超快拉曼光纤激光器发展潜力巨大,未来的研究将着眼于进一步提升各类超快拉曼光纤激光器的整体输出性能并探究其中的新现象。

近年来，高功率拉曼光纤激光器技术发展迅速，输出波长范围覆盖可见光至中红外波段，最大输出功率超过千瓦。在功率提升方面，拉曼光纤激光器技术的发展脉络可概括为：激光振荡器、主振功率放大器和抽运/信号集成放大器。在重要科研应用的驱动下，高功率窄线宽拉曼光纤放大器技术得到显著发展。另外，高功率拉曼光纤激光器技术还有一些新的扩展，包括包层抽运、二极管直接抽运以及拉曼光纤激光合束等，未来发展潜力巨大。

硫系玻璃具有优良的中红外光学透过性能、极高的线性和非线性折射率。近年来，硫系玻璃光纤中较高的受激拉曼效应在全光器件和级联激光器等方面的应用引起了研究者极大的关注。回顾了硫系玻璃拉曼光纤激光器的研究历程，包括对硫系级联拉曼光纤激光器、硫系微纳光纤拉曼光纤激光器和硫系拉曼光纤激光器的理论研究，指出了现有研究存在的问题，并对其发展前景进行了展望。

报道了一种1.2 μm掺磷拉曼光纤激光器的理论模型。用1.035 μm的高功率掺镱光纤激光器做抽运源，列出了耦合波方程，并用Matlab数值方法对一级斯托克斯光进行求解,同时利用文献实验结果对此求解方法进行验证，结果吻合较好。最后通过计算得到在实验条件下，此系统的最佳掺磷光纤长度为30 m,大大缩短了拉曼光纤的长度，输出镜反射率为84%。

3~5 μm 中红外激光在**、医疗、自由空间光通信及材料加工等领域具有重要的应用价值。本文提出利用发展较成熟的2.7~2.9 μm 掺Er 激光作为拉曼抽运源，ZBLAN 光纤作为拉曼增益介质，为获得激射波长灵活、结构紧凑的3~5 μm 中红外激光提供一种可行方法。依据光纤拉曼激光器的非线性耦合方程组，数值分析并优化设计了3~5 μm 中红外ZBLAN 光纤一级/二级拉曼激光器。主要研究了ZBLAN 光纤长度和输出镜反射率等参数对拉曼激光阈值及输出功率的影响。数值结果表明：1) 拉曼阈值随着输出镜反射率的增大而明显下降，且存在最优的ZBLAN光纤长度使一级拉曼阈值最低(4.15 W)；2) 为获得最高拉曼激光输出功率，最优输出镜反射率分别为84%~98%(一级)和42%~60%(二级)，最优ZBLAN 光纤长度分别为6.7~8.9 m(一级)和1.5~2.4 m(二级)，最优斜率效率分别高达72.36%(一级)和34.06%(二级)。研究工作在一定程度上可为实验研究此类中红外拉曼激光器提供理论指导。

根据适应度函数的具体情况改进了微粒群算法,与基本微粒群算法相比,其复杂函数的寻优能力得到了提高。利用改进的微粒群算法对不同结构的拉曼光纤激光器理论模型对应的适应度函数进行了算法测试,保证适应度函数精度(10-5)的情况下,计算时间不超过15 s。与Newton-Raphson打靶算法配合时,有效地缩短计算时间、提高打靶算法稳定性和计算精度。最后,利用该算法数值分析了二阶掺磷拉曼光纤激光器输出端反射率、光纤长度和泵浦功率对输出功率的影响。

基于稳态条件下描述光纤中受激拉曼散射效应的光功率耦合方程组, 提出一种新的多波长级联拉曼光纤激光器的设计算法。结合遗传算法和打靶法的优点, 采取对每一代种群中少数优良个体进行几次打靶, 使得种群中目标函数最优化值附近的个体加速收敛。以500 m掺磷光纤为增益介质、光纤布拉格光栅构成谐振腔的三波长(1427 nm, 1455 nm, 1480 nm)级联拉曼光纤激光器为例, 采用该算法计算了其输出特性。结果表明,总输出功率与抽运功率近似成线性关系, 斜率效率约51%; 由于谐振腔中三个输出波长相互之间的受激拉曼散射作用产生的能量转移, 使得输出的长波长斯托克斯光斜率效率大于短波长斯托克斯光斜率效率。

利用非线性方法可以得到级联掺磷拉曼光纤激光器的二阶近似解。将描述抽运光和斯托克斯(Stokes)光沿光纤分布的微分方程组简化成代数方程组,在此基础上对抽运光采用二阶非线性近似得到了不同输入抽运功率情况下的近似解,并求出了在二阶非线性近似下的一级Stokes光和二级Stokes光的阈值表达式。利用得到的二阶近似解同一般的数值解法作比较,结果表明两者吻合得很好。一方面,对于双波长输出的级联掺磷拉曼光纤激光器,二阶方法比线性方法更加精确,更接近于一般的数值解; 另一方面,该方法有效提高了数值运算速度,优于一般的数值方法。