锁模激光器除了可以产生稳定的超短脉冲以外,还可产生一系列重要的非平衡态动力学过程。这些快速变化的动力学过程有助于理解超快激光器和相关非线性系统的动力学,也对超快激光器的稳定性设计有重要指导意义。随着超快探测技术的发展,锁模激光器超快动力学的研究取得了一系列突破。介绍了锁模激光器几个典型的非平衡态动力学过程,包括锁模启动过程,孤子分子动力学,呼吸子超快激光,以及孤子、呼吸子爆炸动力学。这些研究不仅揭示了超快激光器中新的物理机制,也将进一步促进超快激光器、孤子及呼吸子相关理论的发展。

选用介质膜作谐振腔镜， 光纤激光器就缺乏有效的选频机制， 使得输出激光线宽较宽， 纵模频率和输出功率不够稳定； 而光纤光栅作为激光器的谐振腔镜， 可以得到稳定的窄线宽激光输出。通过对光纤光栅的形成机理和布拉格光栅选频原理分析， 得到双布拉格光纤光栅线型谐振腔的理论。光纤光栅谐振腔的长度与光纤光栅中心波长满足*， 光纤光栅比介质膜更适合做光纤激光器谐振腔镜。（注：*表示公式，见正文）

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。

多波长布里渊掺铒光纤激光器是一种新型的多波长光纤激光器，其原理是利用受激布里渊增益和掺铒光纤的线性增益，可以在常温下得到波长间隔约为0.08 nm(～10 GHz)的多波长输出。报道的布里渊掺铒光纤激光器，在布里渊抽运功率为1.7 mW、980 nm抽运功率为300 mW的情况下得到稳定的15个波长(间隔～10 GHz)的输出，这种激光器用作光传感器、光谱分析仪以及密集波分复用系统的光源。实验发现，输出波长的个数随着980 nm抽运功率的增大而增加。另外，布里渊掺铒光纤激光器的信号功率主要来自于掺铒光纤的增益，而布里渊增益对它的影响不大。

用函数逼近方法，将单模光纤中的光场分解为若干个高斯光束的迭加。在此基础上讨论了光纤端面相距反射镜为Ｌ时的耦合损耗。解释了实验中观测到的光纤耦合损耗行为。

根据光纤激光器瞬态的速率方程,对F-P腔光纤激光器的瞬态输出特性进行了理论分析。采用数值计算方法对不同长度、不同腔面反射率、不同抽运功率下光纤激光器输出的弛豫振荡特性进行了模拟分析。结果表明弛豫振荡频率随光纤长度增加而减小,但是随抽运功率的变化很小。弛豫振荡幅度随抽运功率上升而增加,振荡的衰减时间随激光器腔镜的反射率的增加而上升,但是不随抽运功率变化。进行了975 nm抽运的Er/Yb共掺双包层光纤激光器的实验,实验表明理论分析得到的基本特性是合理的。

使用掺铒光纤平均反转粒子数模型推导了双波长激光器平衡振荡需满足的条件, 并据此设计实验系统, 对抽运功率、模式损耗以及波长间隔对输出功率的影响进行了实验研究。结果表明, 可通过调节腔内损耗谱实现掺铒光纤环形腔内多波长激光输出, 双模平衡振荡条件在远离阈值点情况下成立; 可变衰减器的稳定性对双波长平衡的影响极大, 允许的偏离值小于0.4 dB; 而起振波长的偏离对双波长平衡的影响较小, 大于1 nm的波长偏离才会导致平衡破坏; 掺铒光纤的非均匀加宽效应允许平衡时损耗在一定范围内波动, 这有助于提高激光器的输出稳定性, 30 min内1546 nm和1556 nm双波长的功率波动小于0.5 dB。

基于稳态条件下描述光纤中受激拉曼散射效应的光功率耦合方程组, 提出一种新的多波长级联拉曼光纤激光器的设计算法。结合遗传算法和打靶法的优点, 采取对每一代种群中少数优良个体进行几次打靶, 使得种群中目标函数最优化值附近的个体加速收敛。以500 m掺磷光纤为增益介质、光纤布拉格光栅构成谐振腔的三波长(1427 nm, 1455 nm, 1480 nm)级联拉曼光纤激光器为例, 采用该算法计算了其输出特性。结果表明,总输出功率与抽运功率近似成线性关系, 斜率效率约51%; 由于谐振腔中三个输出波长相互之间的受激拉曼散射作用产生的能量转移, 使得输出的长波长斯托克斯光斜率效率大于短波长斯托克斯光斜率效率。

清晰的描述了稀土掺杂光纤激光器、光纤放大器物理机制，结构图

对掺Yb3 双包层光纤激光器不同参数情况下的输出功率和增益分布进行了数值模拟,分析了一端泵浦和双端泵浦方式下输出特性的差异.