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近年来,随着激光技术的发展,2μm和3μm波段的中红外脉冲激光光源因其在国防、医疗、科研领域等广泛应用前景,引起了各个行业的极大兴趣;相比传统的块体结构激光器,光纤激光器因具有结构紧凑、灵活性高、散热性好、光束质量优良、易于集成等优点,逐渐成为未来激光器的一大发展趋势。本文结合中红外与光纤激光器两大发展热点,着重研究2μm和3μm波段的调Q脉冲光纤激光器,主要内容可分为以下四个部分:(1)基于速率方程、功率传输方程和热传导方程,建立了级联掺Ho3+ZBLAN光纤激光器的综合理论模型,从激光斜率效率、阈值、产热等方面出发,对光纤长度、掺杂离子浓度、输出耦合、泵浦参数(包括泵浦方式和泵浦波长)等进行了理论优化,并分析了能级ETU、ESA过程对级联激光输出特性的影响。(2)基于低浓度掺Ho3+ZBLAN光纤,研究了同向与反向泵浦的掺Ho3+ZBLAN光纤ASE输出特性,结果表明反向泵浦的ASE相比同向泵浦具有更高的输出效率,在反向泵浦情况下,获得了~130 nm的最大光谱范围以及219.76 mW的最大输出功率;在此基础上,研究了双端泵浦的掺Ho3+ZBLAN光纤级联激光输出特性。(3)基于半导体可饱和吸收镜(SESAM),对SESAM在3μm波段的被动调Q特性进行了研究,实现了目前波长最长的被动调Q光纤激光器,其波长为2971nm,同时实现了中红外波段的被动调制双波长脉冲光纤激光器,得到~3μm调Q脉冲和~2.1μm增益调制脉冲最大能量分别为7.47μJ和3.44μJ,这也是~3μm波段被动调Q光纤激光器的最高能量水平。(4)基于Fe2+:ZnSe和Cr2+:ZnSe晶体,分别研究了上述晶体初始透射率对3μm和2μm波段光纤激光器被动调Q特性的影响。通过优化晶体初始透射率,实现了脉冲宽度和能量分别为1.36μs和5.12μJ的~2958 nm被动调Q掺Ho3+ZBLAN光纤激光器以及脉冲宽度和平均功率分别为160 ns和1.32 W的~1985 nm被动调Q掺Tm3+石英光纤激光器,这也是基于该晶体的2μm被动调Q光纤激光器最高输出功率水平。