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在稀土掺杂光纤放大器中,掺镱(Yb3+)光纤放大器具有宽吸收谱、高能量转换效率、高饱和输出功率和高光束质量等优点,尤其适宜高功率放大输出,可以作为高能激光装置中的光脉冲放大系统。此类系统通常要求输出光束具有高输出能量、高光束质量、高信噪比（SNR）,高功率掺Yb3+光纤放大器是决定高能激光装置输出特性的关键参数。但高功率光纤放大器中往往伴随有较大的放大自发辐射（ASE）、非线性效应和饱和失真等问题,严重影响了放大器的信噪比、脉冲波形、光谱和增益。大模场面积（LMA）光纤放大器的引入可以有效提高非线性阈值,逐渐成为高功率光纤放大器的发展趋势。然而,由于数值孔径不能无限减小,模场面积的不断扩展导致光纤中少模或多模的运转。另一方面对于高能放大过程中如何有效抑制ASE噪声问题,目前少有公认的有效方法。本文从ASE产生机理出发,围绕如何在高功率大模场面积掺Yb3+光纤放大器中有效抑制ASE噪声等问题展开理论研究,主要内容包括:1.提出在高功率放大器中采用脉冲泵浦方式,提高泵浦能量利用率,抑制ASE噪声,校正波形畸变等思想。详细阐述了脉冲泵浦方式的基本原理;建立了脉冲泵浦的理论计算模型,讨论了ASE建立时间与泵浦功率的关系;研究了脉冲泵浦对ASE的抑制和对信号时域波形畸变的校正作用;比较连续泵浦和脉冲泵浦方式下信号增益和ASE噪声功率,对泵浦宽度、泵浦功率、信号延迟注入时间等关键参数进行优化。研究发现,与连续（CW）泵浦相比,脉冲泵浦光纤激光器泵浦能量利用率大大提高,可以有效抑制ASE;通过调节泵浦脉冲和信号脉冲的时间延迟,可以优化SNR,在本文设定的条件下,其对应的SNR提高18 dB;调节泵浦脉冲和信号脉冲的时间延迟亦可以校正信号波形畸变;对于级联放大情况,当前级输出信号携带一定的噪声入射到下一级放大器时,连续泵浦方式下信号增益大幅下降,而在脉冲泵浦方式中信号增益变化不大。2.将光纤截面模场分布函数和功率填充因子引入经典光纤放大器理论分析模型,对纤芯内模式竞争的物理机制进行了研究。将多模光纤中ASE噪声的计算引入改进后的放大器模型,通过功率填充因子将经典与改进模型联系对应,对照了两种方法下信号增益及ASE的输出结果。研究发现,填充因子相同时两种模型信号输出功率接近;不同模式对应不同填充因子,并显著影响该模式信号光输出功率,填充因子是表征不同模式在竞争中强弱地位的有效指标。改进前后的放大器模型在计算放大信号功率时差异较小,而在计算ASE功率时差异较大。3.研究大模场面积增益光纤结构参数对光纤放大器性能的影响。从光纤模式理论出发,根据建立的大模场面积光纤放大器理论模型,计算了增益介质掺杂分布对模式竞争的影响,同时计算不同掺杂分布时放大器的信噪比。研究发现均匀集中掺杂40%左右范围信噪比最高,信噪比随增益介质掺杂范围的增大而显著降低,增益介质集中掺杂有利于高阶模的抑制,均匀集中掺杂比例60%～70%对于基模选择最有利。