对100 kHz运转的腔倒空薄片激光器的输出特性进行了理论和实验研究。首先建立起腔倒空薄片激光器的速率方程理论模型,模型中考虑了单位时间谐振腔中新增的自发辐射光子数,对其占总自发辐射光子数的比例进行了分析,并结合一些参数进行了仿真。进一步搭建了重复频率为100 kHz的腔倒空薄片激光器实验装置,获得了平均功率为253 W的纳秒激光脉冲输出,光光效率约为35.2%,脉冲宽度为10.4 ns,单脉冲能量为2.53 mJ,脉冲的峰值功率超过了200 kW, x和y方向的光束质量M²分别为9.77和9.27。针对腔倒空调Q的动力学稳定性问题,研究了普克尔盒开关时间对输出平均功率和输出脉冲稳定性的影响,实验中观察到了倍周期分岔和确定性混沌现象,从理论上对这个现象进行了仿真分析,仿真结果可与实验结果相符。

近年来,超快激光器已成为激光精密制造的主力光源。为进一步提高激光加工效率和加工能力,需获得更高平均功率、更大单脉冲能量的超短脉冲激光器。本文基于自研的单薄片模块和串接的双薄片模块分别搭建了一套皮秒薄片激光再生放大器,其中基于单薄片模块的再生放大器采用脉宽小于10 ps的种子源,最终获得平均功率44.2 W、脉冲宽度9.3 ps、单脉冲能量220 μJ的脉冲激光输出,放大器效率约为13.4%。基于串接的双薄片模块的再生放大器采用脉宽800 ps的种子源,在重复频率200 kHz时获得了126 W的激光输出,在重复频率100 kHz时,实现最大输出单脉冲能量为0.96 mJ。考虑到放大的自发辐射的影响,对单薄片结构再生放大器的动力学过程进行了理论建模,得到和实验相符的结果。更进一步的仿真计算和实验表明较低的单程增益使得薄片再生放大器的光光效率受腔内损耗影响较大,降低腔内损耗是实现高效率薄片再生放大器的关键之一。

以耦合Ginzburg-Landau方程为模型,对石墨烯锁模光纤激光器中脉冲的动力学行为进行了详细地研究。首先,采用拟解法推导了该方程组的啁啾类暗暗孤子对解;其次,对啁啾类暗暗孤子对的传输特性及稳定性进行了数值研究。结果表明:合理选择系统参数,不仅可以得到啁啾类暗暗孤子对的精确解,而且该精确解还可以在一定的扰动下稳定传输。相关结果将为设计和改善石墨烯锁模光纤激光器的性能提供一定的理论依据。

对不同抽运方式下光子晶体光纤飞秒脉冲放大器中的脉冲演变过程进行了数值模拟和实验验证。在数值模拟上，采用了速率方程和非线性薛定谔方程相结合的理论模型；该模型考虑到端面抽运引起光纤中的非均匀增益分布、群速度色散和自相位调制三者之间的相互作用。模拟结果表明，相比于前向抽运放大方式，采用背向抽运放大方式不仅输出功率高，而且放大脉冲具有更窄的时域和光谱宽度，即较小的时间带宽积和更少的非线性积累。在验证实验上，搭建了基于前向和背向抽运方式的光子晶体光纤飞秒激光放大器；获得的实验结果与数值模拟结论一致，并对放大脉冲演变过程的物理机制进行了讨论。

石墨烯作为饱和吸收体用于锁模光纤激光器,为超短脉冲的研制开辟了一条新途径。本文以耦合非线性薛定谔方程为理论模型,对锁模光纤激光器中超短脉冲产生及传输做了详细的研究,特别是饱和吸收体在脉冲产生及传输过程中对脉冲振幅及中心位置的影响。相关结论将为进一步改善光纤激光器的性能提供一定的理论参考。

以耦合Ginzburg-Landau方程为模型,对石墨烯锁模光纤激光器中脉冲的动力学行为进行了详细地研究。首先,采用拟解法推导了该方程组的啁啾类亮亮孤子对解;其次,对啁啾类亮亮孤子对的传输特性及稳定性进行了数值研究。结果表明:合理选择系统参数,不仅可以得到啁啾类亮亮孤子对的精确解,而且该精确解还可以在一定的扰动下稳定传输。相关结果将为设计和改善石墨烯锁模光纤激光器的性能提供一定的理论依据。

利用两片半导体可饱和吸收镜(SESAM)实现了稳定的被动锁模激光运转，获得了比单SESAM连续波锁模脉宽更窄、长时间运转稳定性更高的皮秒脉冲。理论上利用分步傅里叶变换法数值求解描述饱和吸收体被动锁模动力学过程的Haus主方程，模拟了双SESAM被动锁模的脉冲演化过程，分析了锁模激光脉冲形成过程与双SESAM可饱和吸收损耗系数q1和q2的关系,并计算得到了锁模脉冲宽度和锁模稳定区域等参数。计算结果与实验结果较为吻合。