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2μm波段光源具有人眼安全、涵盖大气窗口等特点,在生物医学、工业加工、环境监测、自由空间光通信和非线性频率变换等方面有重要应用价值,一直以来都是激光领域的研究热点。全光纤化2μm光源具有结构紧凑、稳定性好、光束质量高等优势,受到了研究人员的广泛关注。目前,2μm掺铥、掺钬或铥钬共掺光纤光源输出功率已经达到较高水平,但由于各种非线性效应的存在,难以同时获得高峰值功率和窄线宽输出,使其在光参量非线性频率变换等应用中受限。空芯光纤中氢气受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering,SRS)是有效产生2μm波段激光输出的一种新手段,在同时产生高峰值功率和窄线宽激光方面优势巨大。针对此,本文开展了基于反共振空芯光纤中氢气SRS的2μm光源理论和实验研究,主要内容和结果如下:1、简要介绍了2μm波段光源的特点、主要产生手段、发展水平以及应用情况,全面综述了空芯光纤的发展历史与研究现状,重点介绍了空芯光纤中氢气SRS的研究进展。2、开展了反共振空芯光纤导光机理研究,分析了传统模式理论存在的困难,重点介绍了反共振反射光学波导(ARROW)模型;利用COMSOL软件建立了Ice-cream型反共振空芯光纤的数值计算模型,重点仿真分析了传输损耗特性,计算得到的传输带位置与实际测量结果吻合较好。3、开展了空芯光纤中氢气SRS相关理论研究,重点分析了氢气拉曼增益系数、瞬态和稳态拉曼过程,借鉴激光速率方程思想建立了空芯光纤中泵浦激光和Stokes光的耦合波方程;开展了单程结构下空芯光纤中氢气SRS初步实验,重点研究了光纤长度、氢气气压、泵浦光功率和偏振态对振动Stokes光输出特性的影响。4、首次开展了高峰值功率、窄线宽的2μm光纤氢气拉曼激光实验研究,通过优化耦合光路、空芯光纤长度和氢气气压,更换合适的泵浦源,实现了从1064nm泵浦光到1908nm振动Stokes光的有效转换,光-光转换效率约为30%,对应的量子效率为54%,最高峰值功率达150kW,激光线宽仅约为2GHz。5、首次开展了2μm光纤氢气拉曼激光放大器实验研究,在单程结构基础上引入1908nm窄线宽光纤激光种子源,显著降低了拉曼阈值,同时较强地抑制了转动Stokes波的产生,将振动Stokes波的光-光转换效率提升至41%,相应的量子效率为73.5%,最高峰值功率达160kW,不同功率下线宽约为2~4GHz。