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2μm脉冲激光光源在激光测距,激光雷达,工业生产和激光手术等民用军用领域有着广泛的应用前景。光纤激光器具有结构简单,易于集成,光束质量高等优点,因此2μm脉冲光纤激光器已成为了广大科研工作者的研究热点,特别是利用被动锁模技术所产生的超短脉冲光纤激光器,更是2μm激光领域的重要发展方向。本论文基于45°倾斜光纤光栅作为起偏元件和碳纳米管作为可饱和吸收体,实现了2μm波段真正意义上的全光纤被动锁模光纤激光,并对其脉冲性能与系统参数进行了详细研究与分析,主要内容可以分为以下三个部分(1)基于非线性薛定谔方程,推导了脉冲在光纤中的传输方程。利用琼斯矩阵法求解了基于非线性偏振旋转(NPR)结构的锁模光纤激光器的传输函数。建立了基于混合结构的被动锁模光纤激光器的理论模型,数值模拟了其脉冲演化过程。(2)制做了45°倾斜光纤光栅(TFG),对其偏振消光特性进行了测试,得到其偏振消光比带宽大于400 nm,在波长范围1850-2150 nm之间的偏振消光比大于12 dB。基于该45°TFG设计并搭建一种NPR结构全光纤化的2μm被动锁模光纤激光器,实现了中心波长为1992.7 nm的孤子脉冲输出,脉冲宽度为2.2 ps,重复频率为1.902 MHz,信噪比为60.5 dB。另外,调节泵浦功率还能使该激光器工作在类噪声状态,其中心波长为1994.2 nm,信噪比为47.3 dB。通过改变掺铥增益光纤的长度,在1971.2-2051.3 nm波长范围内都实现了稳定的锁模,验证了45°TFG的宽带偏振特性。此外,测试了碳纳米管可饱和吸收材料的特性参数,设计并搭建了基于45°TFG的NPR和碳纳米管混合结构的2μm被动锁模光纤激光器。获得了中心波长为1983.7 nm的能够自启动的孤子锁模脉冲输出,脉冲宽度为1.4 ps,重复频率为22.5 MHz,信噪比为65 dB。相比于典型的NPR结构,混合结构可以实现孤子脉冲的自启动,重复频率大大提高。最后基于光纤布拉格光栅(FBG)阵列,设计并搭建波长可选的2μm被动锁模光纤激光器,并研究其输出特性,实现了中心波长在1969.75 nm,1956.60 nm和2022.15 nm中可调的孤子脉冲输出。(3)基于传输方程,建立了2μm暗孤子光纤激光器的理论模型,数值模拟了暗孤子脉冲的演化过程。在实验上,利用10 m掺铒光纤作为色散补偿光纤,研究了基于混合结构的被动锁模光纤激光器在全正色散区域的特性。然而,不同于理论模拟结果,实验中没有实现暗孤子的输出,而是实现了中心波长为1887.5 nm的耗散孤子的锁模脉冲输出,光谱宽度为5.77 nm,重复频率为10.9 MHz,信噪比为61 dB。