从稳态条件铥离子(Tm3+)粒子速率方程出发,进行合理的近似,得出掺铥光纤放大器(TDFA)增益的解析表达式.计算了三种不同参数的TDFA的增益,解析解与实验数据及数值求解结果比较显示,一致性相当好.

对增益调制掺铥光纤激光器展开了系统性探究,基于速率方程与传输方程构建了增益调制掺铥光纤激光振荡器和放大器的数值模型,并通过时域有限差分法进行求解,从理论和实验上探究了不同的泵浦光及激光器结构参数下输出的2 μm激光特性。通过数值仿真和实验优化,获得了高转换效率、窄线宽、单一偏振的2 μm波段纳秒激光输出。种子源振荡器获得了最高功率为796 mW、脉宽为67.9 ns、斜效率为54.4%的脉冲激光;在一级放大器后得到了最高功率为9.13 W、脉宽为50.5 ns的2 μm脉冲激光。数值仿真模型的模拟结果与实验结果较好地吻合,该模型能够为该类型激光器的实验研究和工程设计提供参考。

从掺铥光纤放大器的速率方程组和光传输方程出发，引入光场与掺杂分布的重叠因子，利用数值法分别模拟计算了光纤掺杂浓度、长度和抽运功率等参数对放大器增益的影响，并计算了一定掺杂浓度和抽运功率下的最佳光纤长度及其对应的增益，分析了该类放大器增益随输入信号功率的变化关系，并计算了其功率转换效率。

报道了基于半导体纳秒调制技术的百瓦级、线性偏振掺铥光纤激光器。该激光器采用调制半导体激光器作为种子源，脉冲宽度为20 ns，重复频率在200 kHz~1 MHz范围内连续可调。当重复频率为200 kHz时，经主功率振荡放大器(MOPA)得到100 W 平均功率输出。最高输出功率时，由于存在增益整形机制，脉冲宽度由20 ns 降低为6 ns。相应的峰值功率达到83 kW，单脉冲能量为0.5 mJ，最高输出功率下系统输出偏振消光比达到17 dB。据本文所知，这是首次报道基于半导体调制技术的百瓦级、纳秒脉宽、线偏振的掺铥光纤激光器。