研究了铒镱共掺单频光纤放大器中100 Hz~1 kHz频段内的相位噪声，并通过实验证明该尖峰噪声为泵浦电源产生的相位噪声。从铒镱共掺光纤放大器的功率传输方程出发、结合泵浦激光的热传递函数，数值分析了泵浦功率、泵浦波长、增益光纤长度对100 Hz~1 kHz频段内相位噪声的影响。通过二级光放大结构对输出激光的相位噪声进行测量，并将实验结果与数值仿真结果进行对比，证明了理论模型的可靠性。该研究优化了主谐振功率放大结构铒镱共掺单频光纤放大器的相位噪声特性、并为提高相干合成时的合束效率提供指导。以上所得结果普遍适用于主谐振功率放大结构的光纤放大器。

为了满足光纤激光器在宽光谱高能量应用领域的要求，搭建了一种结构紧凑的光纤型宽光谱啁啾脉冲放大系统。将色散管理型锁模激光器产生的高斯型脉冲作为种子源，注入到正色散掺铒光纤放大器中进行自相似放大，脉冲将逐渐演化成抛物线型，此过程中脉冲的谱宽和能量都迅速增大。随后脉冲经色散补偿光纤的时域展宽，双包层铒镱共掺光纤的功率放大，透射光栅对压缩后实现了高能量的宽光谱输出。并结合理论模拟，优化了激光器的各元件参数，最终在中心波长1 560 nm处实现了光谱宽度为30 nm，平均功率为1.3 W，脉宽为587 fs，重复频率为40.1 MHz的宽光谱高能量激光输出。该激光器结构紧凑，稳定性好，对光学频率梳、光通信等应用领域具有一定研究价值。

针对空间应用设计了结构紧凑、高功率、低功耗的光纤放大器。在电学设计上，以数字信号处理芯片为核心处理器设计了泵浦源驱动控制系统，形成了输出-检测-再输出的闭环控制逻辑，通过自动功率控制保证输出稳定性，同时降低泵浦源功耗，提升电光效率。在机械设计上采用光电分离模块化设计，不仅有利于散热和保持紧凑的结构，而且实现光学部分与电学部分互不干扰，并维持整体重量低于1 kg。在光学结构上使用两级放大设计，信号光通过掺铒光纤与铒镱共掺光纤两级放大光路。实验研究了不同泵浦功率、不同光纤长度下放大器的转换效率、功耗以及光谱特性，最终实现了对1 551 nm毫瓦级种子光放大至7.39 W的保偏信号输出，信噪比保持在40 dB，整体功耗不超过80 W，适用于空间通信。

针对光纤放大器的空间应用，对光纤放大器在辐射环境中的性能变化进行了实验研究。对铒镱共掺光纤放大器的增益光纤进行伽马射线辐射，研究了光纤放大器的输出功率和光谱特性的演化规律，并采用频谱测量法研究了光纤放大器的噪声特性。通过总剂量为50 krad的在线辐照实验发现，光纤放大器输出功率、光谱的中心波长峰值功率以及光噪声都随着辐射剂量的积累而不断降低。采用光噪声模型对辐射后的光纤放大器噪声特性进行分析，与辐射前相比，发现光噪声中的弛豫振荡噪声部分和中频部分的相对强度噪声系数分别增加了1.625×10^-4 nW·mW^-2·Hz^-1和3.122×10^-4 pW·mW^-2·Hz^-1，而光散粒噪声系数分别减小0.900 pW·mW^-1·Hz^-1和0.035 pW·mW^-1·Hz^-1，对于光纤放大器在太空的实际应用中，需要重视相对强度噪声的抑制。