为了实现稳定的窄线宽高功率输出, 设计了一种基于级联结构的铒镱共掺窄线宽光纤激光器, 对其线宽和稳定性进行了详细讨论。激光器为两级放大结构, 预放采用单包层掺铒光纤为增益介质, 可起到降低最终输出自发辐射噪声的作用。主放采用铒镱共掺的双包层大模场光纤, 可提高受激布里渊散射散射阈值。实验结果表明, 激光经过不同放大后的稳定性几乎没有变化, 由于激光器中的弛豫振荡和自脉冲的强度波动引起的自相位调制, 线宽发生了不同程度的展宽。

采用双包层掺镱光纤作为增益介质，多模连续泵浦激光二极管作为泵浦源，构造了两级光放大系统；采用电路直接调制的半导体激光器作为种子源，研制了主振荡功率放大结构全光纤化脉冲光纤激光器。对不同脉冲宽度、重复频率下的激光器输出功率特性和二级放大器的增益特性进行了实验研究。在一级泵浦光功率为2 W、二级泵浦光功率为31 W的条件下，通过对种子源直接调制，得到了中心波长为1.06 μm、峰值功率为10.4 kW、最大平均功率为21.3 W的脉冲激光输出。在900 kHz重复频率下具有最高增益16.7 dB。实验结果表明，脉冲宽度和重复频率与激光输出功率呈正相关；在高重复频率下，光放大器增益特性与脉冲宽度呈负相关。

首先介绍了级联结构光纤参量放大器的工作原理, 即通过两种光纤色散补偿来平坦信号输出增益。其次推导出小信号近似下单泵浦级联光纤参量放大器的信号输出增益表达式, 并在此基础上利用Matlab软件对影响增益特性的各个参数进行数值分析。结果表明, 级联光纤参量放大器的峰值增益与增益带宽, 受到分段数、泵浦光功率、泵浦波长、色散补偿光纤(DCF)长度、高非线性光纤(HNLF)的零色散波长、HNLF长度、HNLF非线性系数和HNLF色散斜率的影响。

研制了一台全光纤结构主振荡功率放大型掺镱单频光纤激光器。该光纤激光器包括种子激光器和级联放大器两部分。种子激光器是自行搭建的环形腔结构的单频窄线宽光纤激光器。在976 nm半导体激光器泵浦下，能够输出线宽为10 MHz量级、波长为1 079.88 nm的单频光，激光功率为10.02 W，光-光转化效率为58.9%，斜率效率为65.3%。

为了研究不同增益光纤长度下1555nm高功率光纤放大器的输出功率, 采用两级混合结构的方法, 用掺铒光纤放大器和双包层铒镱共掺光纤放大器分别作为1级预放大器和2级主放大器。掺铒光纤放大器对信号光进行预放大, 并提高放大器的信噪比; 双包层铒镱共掺光纤放大器为主放大器, 其双包层结构可以把更多的多模抽运光耦合进系统。对铒镱共掺光纤的最佳长度做了理论分析和实验验证, 在信号光功率为10mW、掺铒光纤放大器的抽运功率为318.58mW、双包层铒镱共掺光纤放大器的抽运功率为11.71W、增益光纤长度为14m时, 输出功率取得了2.11W的实验数据。在分析输出信号光谱时发现, L波段附近有放大自发辐射谱出现, 这是选择的增益光纤过长导致的。结果表明, 在光功率和信号光功率一定时, 光纤放大器有一个最佳的光纤长度。这一结果对研究光纤放大器的高功率输出是有帮助的。

根据透镜的傅里叶变换性质,提出了采用光学傅里叶变换加级联光学成像放大并结合有限口径接收的方法来实现自由空间激光光束远距离传输的实验室模拟。由此原理设计了自由空间激光远距离传输模拟装置,该装置主要由大口径、长焦距的傅里叶变换平行光管和三级成像放大镜所组成,最大等效传输距离达2.4×105 km,可用于星间激光通信终端综合通信性能的评估,在设定的误码率下测量终端可能的通信距离,或者在设定的作用通信距离下检测通信的误码率。