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热致模式不稳定TMI（Transverse mode instability,简称TMI）已成为制约近衍射极限激光功率提升的首要瓶颈,本文以高功率光纤放大器中模式控制为研究对象,从弯曲光纤放大器的TMI机理入手,建立了弯曲光纤放大器中的热致折射率变化理论模型、弯曲光纤放大器的TMI理论模型、弯曲光纤放大器中受激拉曼散射效应（Stimulated Raman scattering,简称SRS）引起的TMI理论模型以及多波长泵浦弯曲光纤放大器的TMI理论模型,并提出采用915 nm和976 nm的波谱合束多波长LD后向泵浦光纤放大器,以抑制高功率光纤放大器的TMI,实现更高功率近衍射极限光纤激光输出。论文主要的内容和结论如下:一、弯曲增益光纤中的热致模式弯曲损耗变化及对光纤放大器输出特性影响的理论研究首先,本文结合热传导方程和保角变换,建立了弯曲增益光纤中热致折射率变化的理论模型,首次实现了对弯曲增益光纤中热致模式弯曲损耗的求解。其次,数值模拟了常规阶跃折射率20/400增益光纤中的热致弯曲损耗变化及其对有效单模运转条件的影响。仿真结果表明,热致折射率变化会引起基模（Fundamental Mode,简称FM）和高阶模式（Higher order mode,简称HOM）的弯曲损耗呈近似指数形式下降,必须根据增益光纤的局部热负载,选择合适的弯曲半径,以保证增益光纤满足有效单模运转条件。最后,建立了考虑热致弯曲损耗变化的掺镱光纤放大器模型,数值模拟了热致弯曲损耗变化对光纤放大器输出特性的影响。结果表明:后向泵浦光纤放大器的HOM抑制远优于前向泵浦光纤放大器,而对于螺旋盘绕方式的前向泵浦光纤放大器,泵浦光和信号光应从增益光纤的外圈（大半径端）注入,实现最优的转换效率和光束质量。二、弯曲光纤放大器中TMI的理论和实验研究首先,结合局部模式理论,考虑弯曲增益光纤中的热致折射率变化引起的模式传输特性改变,建立了弯曲光纤放大器中TMI的理论模型。其次,对弯曲光纤放大器中的TMI进行了数值模拟。仿真结果表明:热负载不仅导致HOM弯曲损耗降低,还进一步增强了FM与HOM的耦合;在前向泵浦光纤放大器中,TMI会引起热致纤芯激光泄露现象,即HOM在增益光纤前段被激发,并在增益光纤后段泄露至内包层中;后向泵浦光纤放大器具有更强的增益饱和效应,并且热负载主要集中在增益光纤尾端,可以消除热致纤芯激光泄露现象。最后,对前向泵浦、后向泵浦弯曲光纤放大器的TMI开展了实验研究,验证了前向泵浦弯曲光纤放大器中存在热致纤芯激光泄露现象,并采用915 nm后向泵浦光纤放大器抑制了该现象,并实现了3.1 kW激光输出,相比于915 nm前向泵浦放大器,最大输出功率提升了18%。三、弯曲光纤放大器中SRS引起TMI的理论研究首先,基于弯曲光纤放大器中TMI的理论分析,综合考虑SRS引起的热负载,建立了弯曲光纤放大器中SRS引起TMI的理论模型。其次,对前向泵浦弯曲光纤放大器中SRS引起的TMI进行了数值模拟,分析了其中多种效应的物理过程。仿真结果表明,拉曼光的放大不仅导致增益光纤尾端HOM的弯曲损耗降低,也进一步增强了信号光FM和信号光HOM的耦合,并最终导致信号光HOM从光纤放大器中输出,因此减小弯曲半径不能抑制SRS引起的TMI。最后,深入分析了影响SRS引起TMI的因素。结果表明:缩短增益光纤长度,可以抑制SRS效应,进而抑制SRS引起的TMI;降低放大器的种子光功率,可以抑制SRS引起的TMI,但会触发Yb3+增益引起的TMI;提升放大器的种子光功率,可以抑制Yb3+增益引起的TMI,但是会触发SRS引起的TMI;后向泵浦方式具有更高的SRS阈值和更强的增益饱和效应,可以同时抑制Yb3+增益引起的TMI和SRS引起的TMI。四、多波长泵浦弯曲光纤放大器中TMI的理论和实验研究首先,基于弯曲光纤放大器中SRS引起的TMI理论分析,结合速率方程求解了多波长泵浦情况下的小信号增益,建立了多波长泵浦弯曲光纤放大器中TMI的理论模型。其次,对多波长前向泵浦弯曲光纤放大器的TMI开展了数值模拟和实验研究。仿真和实验结果均表明,在前向泵浦弯曲光纤放大器中,相比于976 nm单波长泵浦,采用915 nm和976 nm多波长泵浦可以抑制热致纤芯激光泄露现象,提升弯曲光纤放大器的最大输出功率。最后,对915 nm后向泵浦、976 nm后向泵浦以及基于915 nm和976 nm波谱合束的多波长LD后向泵浦25/400弯曲光纤放大器中的TMI阈值进行了数值模拟,得到976 nm功率的最佳比例为60%。结果表明,基于915 nm和976 nm波谱合束的多波长LD后向泵浦光纤放大器,具有更好的SRS抑制和更强的增益饱和效应,可以同时抑制SRS引起的TMI和Yb3+增益引起的TMI,是实现高功率近衍射极限光纤激光的更优方案。