为了解决掺铒光纤放大自发辐射宽带光源的自然输出光谱中单峰造成的窄带宽问题,采用双程、后向光源结构消除抽运光输出,同时外接未抽运掺铒光纤以展宽可用带宽,进行了理论分析和实验验证;研究了掺铒光纤长度和光纤反射镜反射系数对光源输出光谱的影响,分析了外接未抽运掺铒光纤的长度对光源带宽的优化效果。结果表明,随着掺铒光纤长度的增加,放大自发辐射光谱C波段逐渐降低,L波段逐渐抬升; 随着反射镜反射系数的增加,放大自发辐射光谱带宽提高; 此外,当抽运掺铒光纤和外接未抽运掺铒光纤的长度分别为6 m和2 m时,放大自发辐射宽带光源输出带宽为50.31 nm,和未采用外接掺铒光纤时相比,带宽增加44 nm。上述研究结果可为宽带光源的性能优化提供参考。

为了在光纤激光器中获得具有中心波长可调谐的锁模脉冲柱矢量,采用半导体可饱和吸收镜和高反的啁啾光纤光栅作为腔镜,搭建了直腔掺镱脉冲光纤激光器,腔内插入长周期光纤光栅作为模式转化器件,进行了实验验证,取得了波长可调谐的柱矢量脉冲数据。结果表明,激光器工作在1060.72 nm时,光谱带宽0.22 nm,输出斜率效率为8.6%,锁模脉冲宽度为10.9 ps,重频 18.66 MHz,锁模脉冲信噪比高达65 dB,同时获得了模式纯度超过97%的柱矢量光束; 调节腔内的偏振控制器来改变腔内波长的损耗,可以实现锁模柱矢量脉冲的谐振波长在1060.72 nm~1066.04 nm连续可调。该研究为可调谐脉冲柱矢量光纤激光器研制提供了重要的参考价值。

为了研究基于激光回馈的偏振跳变效应与相位延迟间的内在联系, 采用微片Nd∶YAG激光器（中心波长1064 nm）为光源, 回馈腔内置两个相对旋转的λ/4波片改变相位延迟, 在调谐回馈腔长的过程中研究了激光器的光强输出和偏振态变化。结果表明, 随着回馈腔内相位延迟增大, 偏振跳变点的凹陷逐渐加深, 两个偏振态的光强调制波形宽度趋于相同; 当回馈腔中相位延迟为90°时, 两正交偏振态在一个强度调制周期内持续时间相同, 每一次偏振跳变对应回馈腔长改变λ/4。此不同相位延迟下偏振跳变点的变化规律, 为1064 nm波长下的波片相位延迟测量提供了潜在方法, 同时相位延迟对激光器输出光强曲线的整形、为激光回馈条纹（自混合干涉条纹）的光学细分提供了依据。

为了获得结构紧凑、光束质量高、光轴稳定性好的机载激光辐射器, 采用LD端面抽运构型与正交直角棱镜腔技术对该型激光器进行研究, 基于琼斯矩阵理论分析了特殊波片实现调Q关门的原理, 通过带曲率设计的直角棱镜腔镜,将腔型控制在大基模尺寸, 并实验对比了正交偏振关门与特殊波片关门两种方式。结果表明, 在正交偏振关门状态下, 20 Hz的工作重频时获得了单脉冲能量72.2 mJ、光束质量Mx2=8和My2=6的激光输出;基于K9玻璃的直角棱镜材料, 利用0.648λ波片进行调Q关门, 在20 Hz的工作重频下, 获得了单脉冲能量80 mJ、光束质量Mx2=5.7和My2=4.8的高光束质量输出, 其中激光器在x与y方向上的发散角分别为1.65 mrad和1.35 mrad。这一结果对高性能小型化激光器的研发是有帮助的。

为了对Yb∶YAG晶体荧光性能进行调控以使其更好地应用于高能脉冲型激光器, 结合密度泛函理论和晶体场理论, 对掺杂调控后的Yb∶YAG晶体的电子结构、光谱学性质进行了理论计算, 分析了不同粒子掺杂和占据格位情况下Yb∶YAG晶体的荧光性能, 并在此基础上计算配方完成晶体生长实验、制备样品进行荧光性能测试验证。结果表明, 通过以上过程掌握了Yb∶YAG晶体荧光寿命等参数的调控方法, 共掺Cr后的Yb∶YAG荧光寿命可以从1.18 ms降低至0.94 ms。该研究为Yb∶YAG晶体实现高能脉冲激光应用奠定了理论和实验基础。

为了对基于喇曼晶体的主要喇曼频移模和次级喇曼频移模的外腔式双波长喇曼激光器进行理论分析, 采用光场的波动方程和喇曼晶体中振动波的阻尼谐振子波方程推导出了描述基频光、喇曼光1和喇曼光2的耦合波方程组, 通过引入归一化参量对耦合波方程组进行了归一化, 并数值分析了输出镜反射率和归一化参量对外腔式双波长喇曼激光器性能的影响。结果表明, 选择对主要频移模反射率小于0.5且对次级频移模反射率大于0.5的输出镜、两个喇曼振动模的增益系数相差不大的喇曼晶体, 适当提高入射基频光的脉冲宽度可以提高次级喇曼频移模的转化效率, 可实现有效双波长运转。所提出的归一化耦合波理论可以作为分析外腔式双波长喇曼激光器的辅助工具。

为了提升高能偏振光纤激光器输出激光偏振态稳定性, 通过阐述反向保偏光纤耦合器反向消光比基本原理, 采用信号光源与(6+1)×1反向保偏光纤耦合器研制相结合, 取得了反向保偏光纤耦合器信号保偏光纤直径、信号保偏光纤应力区物理变化等因素和反向保偏光纤耦合器反向消光比的关系。结果表明, 信号保偏光纤直径越小, 输出偏振激光的偏振态越稳定, 反向消光比大于49 dB,同时促进反向保偏光纤耦合器抽运光纤臂耦合效率提升至98%以上; 正向偏振激光输出光纤应力区物理结构变化越明显, 经反向保偏光纤耦合器反向输出偏振激光的偏振态越不稳定。该研究可为制备高消光比、高能偏振光纤激光器提供参考。

为了探究四波混频非线性过程对高功率掺镱光纤激光光谱展宽特性的影响, 采用纤芯和内包层直径分别为20 μm和400 μm的掺镱光纤作为增益介质, 基于四波混频非线性过程建立掺镱光纤激光光谱分析模型, 分析了抽运功率、抽运波长、中心波长和注入模式数参数变化对掺镱光纤激光光谱展宽特性的影响, 得到了1080 nm激光的输出光功率谱以及输出激光线宽随各参数变化的曲线。结果表明, 四波混频非线性过程中, 抽运功率的增大会导致掺镱光纤激光输出光谱线宽展宽; 不同抽运波长抽运的输出光谱线宽展宽速率不同; 不同中心波长的输出激光光谱展宽程度相近; 掺镱光纤激光光谱线宽随着注入模式数增加逐渐展宽。该分析结果为掺镱光纤激光光谱展宽特性研究提供了理论支持, 对高功率光纤激光的工程应用有一定的参考意义。

为了探究飞秒激光成丝的内在机制以实现长度表征, 采用荧光法和声学法, 得到了不同入射激光脉冲能量下和偏振态下等离子体光丝的荧光光谱和声音信号信息。结果表明,在相同激光脉冲能量下圆偏振光产生的N2荧光信号强度约为线偏振光的2倍, 而线偏振光产生的N2+荧光信号强度则约为圆偏振光的1.3倍; 等离子体荧光测量是获取等离子体光丝长度的有效途径, 相比于声学测量法更精确。该研究为揭示相干激光发射随光丝长度变化的物理实质提供了光丝长度表征的可行方案。

为了获得不同中心波长的锁模脉冲, 采用带有保偏光纤的Sagnac环滤波器和半导体可饱和吸收镜搭建了结构紧凑的可调谐锁模激光器, 并进行了实验验证。结果表明, 当该激光器工作在单波长锁模状态时, 具有良好的波长调谐功能, 其输出波长在1031 nm~1040 nm范围内连续可调; 该激光器还能输出稳定的双波长异步脉冲序列, 两波长间隔在10 nm左右, 且各波长的带宽可通过偏振控制器调节。该研究可以为搭建结构紧凑的可调谐激光器提供设计方案。