为探索同带泵浦掺杂Ho3+激光晶体1.2 μm波段红外激光输出, 采用掺杂浓度为1 at%的Ho3+: LLF激光晶体作为激光增益介质, 应用两种典型准三能级理论模型, 计算了Ho3+在5I6和5I8 能级间跃迁辐射1.19 μm激光的阈值功率, 分析了泵浦光和激光束腰半径、激光晶体长度、吸收损耗、腔镜反射率等参量与阈值功率的变化关系, 得出了吸收损耗是影响阈值功率最敏感因素的重要结论, 确定了泵浦阈值功率的范围, 为后续1.2 μm波段红外激光实验研究提供了可靠的理论参考数据.

为了达到布里渊光时域分析(BOTDA)系统双通道激光源的布里渊频移要求, 设计了一个光纤布里渊频移器, 放置在其探测脉冲通道, 使探测光与另一通道的扫频光具有布里渊频移差(约11.2 GHz)。通过分析频移器的输出光谱线宽窄化原理, 利用光纤中激发的布里渊增益谱结合一定的环形腔结构形成窄线宽的布里渊斯托克斯光谱输出, 且分析了环形腔频移器的受激布里渊散射阈值和光-光转换效率两个性能指标及其影响因素。采用1551 nm窄线宽光源, 对实际搭建的9 km单模光纤布里渊频移器进行了实验验证, 结果表明：频移器的受激布里渊散射阈值为2.3 mW, 布里渊频移对应的波长改变约为0.1 nm, 此时的定向耦合器耦合比为0.4, 光-光转换效率为49%。所设计的光纤布里渊频移器能达到布里渊光时域分析系统光源的技术指标, 降低了系统的复杂性和成本。

提出了一种具有可调谐特性的半开放腔多波长随机光纤激光器，利用单模光纤和环形结构组成半开放腔结构，通过改变布里渊抽运激光波长实现输出随机激光的可调谐特性。结果表明，当布里渊抽运波长为1550.01 nm时，该激光器最多可以实现4个波长的随机激光输出，且可以通过控制掺铒光纤放大器的输出功率来精确控制输出随机激光波长数目，其一阶至四阶斯托克斯光的阈值功率分别为12、31.6、73、610 mW。其中，一阶斯托克斯光的斜率效率可达12.5%。固定掺铒光纤放大器的输出功率为631 mW 时，随着随机分布反馈光纤长度的增加，随机激光输出功率成指数下降。该激光器的输出波长可在1528~1580 nm 的波长范围内调谐。此外，半开放腔的结构设计有效地消除了输出光谱中奇数和偶数阶斯托克斯光的峰值功率差异。

以速率方程为基础建立理论模型, 采用迭代计算方法, 对单程端面泵浦铷蒸气激光器的阈值特性进行了详细研究。研究表明, 铷室温度和长度对阈值泵浦功率密度的影响具有等价性, 存在使阈值功率密度达到最小的最佳铷室长度与温度组合。泵浦光线宽对阈值功率密度的影响基本呈线性; 泵浦光线宽越宽, 泵浦光中心波长与铷原子吸收波长的偏移量对阈值功率密度的影响越小; 存在最佳的铷原子吸收线宽, 使阈值功率密度达到最小; 为减小阈值功率密度, 铷室窗口片应尽量考虑镀膜, 谐振腔输出耦合率不宜大于80%。

飞秒激光烧蚀过程中的微能量传导过程包括两个阶段：1）脉冲激光入射到物质上时电子对激光能量的吸收过程；2）激光脉冲照射后电子所吸收的能量在物质中重新分布导致的材料去除过程，即相变过程。本文讨论了飞秒激光，特别是功率密度在1013 ~ 1014 W/cm2的脉冲与宽禁带物质相互作用中相变过程的理论研究进展，分析了飞秒激光烧蚀过程中的材料去除机理，尤其是热气化和库仑爆炸两种机理。根据对飞秒激光烧蚀中微能量传导过程的讨论，总结了烧蚀阈值功率密度和烧蚀深度计算方面仍有待解决的问题。

从基本激光理论出发,建立了掺铒光纤激光器的传播方程。掺铒光纤在1550 nm波长处具有很高的增益,正对应低损耗通信窗口,具有潜在的应用价值。抽运光模强度分布与纤芯铒离子分布的重叠积分因子是对激光器非常重要的参数,将对光纤的模式进行分析,根据各个模式的模场来判断该模式是否与纤芯铒离子分布有重叠,研究了与介质吸收截面有关的重叠积分的影响因素;对放大自发辐射(ASE)噪声特性进行理论分析,给出增益、阈值功率和斜率效率等的解析形式,建立输出特性计算模型。针对这种环形腔掺铒光纤激光器,编写专门的计算程序,在输出特性等方面进行理论计算仿真,对该结构布局所带来的影响进行详细分析讨论。

根据含损耗系数的稳态速率方程组,对掺准二能级稀土粒子光纤激光器的泵浦阈值进行了分析和完全解析求解.求得了泵浦阈值功率的显函数解析式,得到了泵浦光阈值功率随光纤位置变化的隐函数表达式,以及信号光功率和上能级粒子数随光纤位置变化的解析表达式.对所得的解进行了数值分析,并与已有的理论和实验结果进行了比较分析.结果表明:由于忽略了信号光和泵浦光损耗系数,不同近似条件下给出的泵浦阈值功率均比实验值低,但所导出的理论研究结果与已有实验结果的差异最小.

对连续运行时双包层光纤激光器阈值的优化问题进行了分析.从速率方程组出发,在不忽略光纤损耗系数和保留再发射项主导部分的近似条件下推导出了双包层光纤激光器阈值泵浦功率的显函数解析表达式,得到了光纤激光器产生振荡所需的最小光纤长度的显函数解析解;还给出了泵甫光子数密度和上能级粒子数密度沿光纤方向随光纤长度变化的显函数解析解.最后和其他文献中在忽略泵光再发射项和激光损耗的近似条件下得到的结果进行了比较和分析.

作者在对单模掺钕光纤激光器进行仔细实验研究的基础上,用基模高斯光束近似泵浦光场分布和信号光场分布,给出了阈值功率和斜度效率的解析表示式。理论计算和实验结果符合的程度是令人满意的。