随着单链路连续宽谱光纤激光器输出功率的不断提升,受激拉曼散射效应(SRS)成为限制其功率提升的主要因素。本文以大功率光纤激光器中的SRS效应为研究对象,以提高光纤激光器的输出功率为目标,开展了三个层面的研究。首先为了抑制大功率掺镱光纤激光器中的SRS效应,对其演变情况、影响因素及抑制方式进行了系统研究;其次提出前向拉曼兼容光纤激光器设计方案,通过有效抑制后向拉曼散射,在掺镱光纤激光器中同时利用拉曼增益,实现高功率激光输出;最后研究如何单独利用光纤中的拉曼增益实现高功率、高效率及高亮度的激光输出。论文主要内容如下:1.对大功率连续掺镱光纤激光器中的SRS效应开展了系统研究。首先,采用小信号增益法和解调法分别对传能被动光纤和掺镱主动光纤的拉曼增益谱进行了实验测量,为不同种类光纤拉曼增益系数的测量提供了可行方案,也为激光器中光纤的选型和数值模拟中参数的取值提供了依据。其次,基于掺镱光纤激光器的稳态速率方程组及光纤中SRS效应的耦合方程组,分别建立了含有拉曼散射效应的掺镱光纤振荡器与放大器理论模型并进行了实验验证。最后,数值仿真了2 kW光纤振荡器及大功率同带泵浦光纤放大器中SRS效应。结果表明,当光纤激光器运行在时序稳定的状态时,功率达到SRS阈值后光纤中将产生前向和后向传输的拉曼散射光,且前后向拉曼散射光的功率相当;在全光纤主振荡功率放大(MOPA)结构的光纤激光器系统中,放大器中激发的后向拉曼散射光一旦进入光纤振荡器中将被进一步放大,从而导致振荡器的输出光功率下降,甚至损坏振荡器,因此后向拉曼散射成为制约连续光纤激光器功率提升的主要限制因素。2.研究了自脉冲现象对连续掺镱光纤激光器中SRS效应的影响。介绍了连续光纤振荡器输出光中自脉冲现象的特点、产生机理与抑制方法。结合掺镱光纤激光器的瞬态速率方程组与光纤中SRS效应的耦合方程组,建立了含激光时序特性和拉曼散射效应的掺镱光纤放大器数学模型。数值模拟结果表明,由于SRS效应的瞬时特性,种子光中的自脉冲会使光纤放大器中信号光的功率往前向拉曼散射光中转移,而对后向拉曼散射的贡献较小。实验搭建了自脉冲含量不同的种子光源,分别将其注入同一个光纤放大器中,研究自脉冲含量对放大器SRS阈值及功率提升的影响。结果表明,自脉冲的存在使得放大器中激发的前向拉曼散射光功率远大于后向拉曼散射光功率;且种子光中自脉冲含量越大,光纤放大器中前向SRS阈值越低,无SRS效应时的最高输出功率也越低。分析了3kW量级光纤激光器中自脉冲现象对SRS效应及功率提升的影响。研究表明,自脉冲现象的存在降低了大功率光纤激光器中SRS效应的阈值,成为实际工程中制约激光器功率提升的主要因素。3.提出了前向拉曼兼容型掺镱光纤激光器设计方案,并对此激光器中的功率分布情况、后向光抑制方法及功率提升情况进行了系统研究。针对连续光纤激光器中的自脉冲现象导致前向拉曼散射光功率远大于后向拉曼散射光情况,提出了前向拉曼兼容的光纤激光方案,在允许前向拉曼散射光的存在前提下,分析系统对后向拉曼散射光的容忍度。实验中通过在掺镱光纤放大器系统中注入前向拉曼种子光的方法,综合利用光纤中的镱离子增益与拉曼增益,实现了信号光功率往前向拉曼光转移,有效抑制了系统中后向拉曼散射。设计了大功率前向拉曼兼容的同带泵浦光纤激光方案,理论分析了自脉冲现象和前向拉曼辅助信号光对激光器最高输出功率的影响。结果表明,采用注入前向拉曼种子光的方式,综合利用光纤中的镱离子增益与拉曼增益,提高了SRS效应限制下光纤激光器的最高输出功率。4.对光纤拉曼放大器中的转换效率和亮度提升开展研究。首先,在纤芯泵浦条件下,对比研究了阶跃折射率和渐变折射率多模光纤中SRS效应对功率转移和激光亮度提升的影响。实验结果表明,受限于泵浦激光的脉冲形状特性,两种情况下的功率转换效率均较低,但渐变折射率多模光纤中的SRS效应具有光束净化作用,而阶跃折射率多模光纤中的SRS效应不具有此效应。其次,对包层泵浦的拉曼光纤激光器进行了理论分析与实验研究。通过设计和制备纤芯折射率特殊分布的双包层拉曼光纤,利用其在包层泵浦拉曼光纤放大器中实现了信号光光束质量的改善,但受限于泵浦激光的脉冲形状特性及内包层的传输损耗,放大器的转换效率也较低。最后,对大功率拉曼光纤放大器中的关键技术展开分析。结果表明,减小泵浦光与信号光损耗的同时增大信号光所激发拉曼散射光的损耗是实现高功率、高效率及高亮度拉曼光纤放大器的关键。