摘要:光纤激光器作为第三代激光技术的代表,以其稳定性好、效率高、阈值低、线宽窄、可调谐、紧凑小巧和性价比高等优势,被广泛应用于医疗、军事、光通信、工业加工等领域。掺铥(Tm³⁺)光纤激光器可以发射2μm波段的激光,实现1.6-2.1μm的调谐,通过上转换方式可实现其他若干波长的激光输出,当与其他元素（如Ho）共掺时可获得更好的性质。特别是双包层硅基掺Tm³⁺光纤激光器,在泵浦效率、掺铥光纤的拉制及其与普通单模光纤的兼容方面有着相当的优势。其2μm激光输出正处于人眼安全波长范围内,并且水分子有很强的中红外吸收峰,因此掺Tm³⁺光纤激光器在人眼安全、激光手术、空间光通信、遥感、超快光学、雷达等领域有着重要的应用前景。此外,未来2μm高功率的掺Tm³⁺光纤激光器也将成为2.5μm-12μm范围内激光器的有效泵浦源而引起人们的广泛关注。目前2μm波段掺铥光纤激光器的研究重点是如何改善斜率效率,提高激光输出功率和光束质量。本论文通过理论和实验两方面的研究,掌握掺铥光纤及其激光器的相关特性,为后续课题研究中通过相关参数的设置实现对掺铥光纤性能的优化,以及对高性能掺铥光纤激光器和放大器的研制奠定基础。论文的主要研究工作概括如下:1)对掺Tm³⁺光纤激光器的基本理论进行介绍。主要包括:其基本结构和工作原理、铥元素的基本特性和能级结构、掺Tm³⁺和Tm³⁺,Ho³⁺共掺光纤激光器的主要泵浦方式,以及影响掺Tm³⁺光纤激光器输出性能的重要参量。2)对掺Tm³⁺光纤激光器进行理论研究。采用速率方程的稳态分析方法建立2μm掺Tm³⁺光纤激光器的三种泵浦方案所对应的理论模型,并利用后续实验条件和参数在Matlab仿真环境中进行³H₆-³H₄模型的数值模拟,对泵浦光功率和激光功率在掺铥光纤中的分布情况,以及掺铥光纤长度、掺杂浓度等参数与激光器输出性能的影响关系进行了分析。3)对掺Tm³⁺光纤激光器进行实验研究。利用自主研制的掺铥光纤、锥导管耦合器和光纤光栅等实验元件,通过实验系统的搭建和调试,分别完成了锥导管耦合前后的泵浦源输出功率测试、光谱测试和光斑测试,并在此基础上连入两端己刻入光纤光栅的掺铥光纤进行掺Tm³⁺光纤激光器的输出光谱测试。后由于实验条件的限制,难以提高总的耦合效率以得到可观测到的实验现象,因此更换泵浦源并修改泵浦方案,重新观测实验现象并作出分析,最后对尚待解决的问题或可以继续扩展的研究工作进行了总结和展望。