输出波长为2⁵μm的中红外激光在医学、国防、激光测距和通信以及气体探测和分子光谱学都有着重要的应用前景。在生物医学中，工作波长在近3μm的激光能够被水分子强烈吸收，因此利用它可以进行医学上面的激光微治疗、精确的切割和软组织切除手术，并加快伤口愈合。另外，3⁵μm中红外激光位于透光率良好的“大气透明窗口”，该波段激光对大雾、烟尘等具有较强的穿透力，在海平面上传输受到气体分子散射小，因此3μm中红外脉冲激光也非常适于激光大气通信、激光测距和远程遥感。在光电系统接收端，波导光电探测器因其可以克服传统探测器内量子效率限制、降低背景噪声等优点，同样吸引了广泛关注。本文中，主要从以下三个方面对掺Ho³⁺氟化物中红外光纤激光器和波导光电探测器进行了分析：1.建立了中红外单掺Ho³⁺、级联及Ho³⁺、Pr³⁺共掺氟化物光纤激光器的理论模型和速率方程。对激光器激发态吸收、能量传递上转换、能量传递对激光器性能的影响进行了模拟分析，并将理论模拟结果和已报道的实验结果进行了对比。2.进行了中红外掺Ho³⁺氟化物光纤激光实验，实现了辐射波长大于3μm输出功率0.77W的连续波光纤激光器。这也是第一个瓦级输出的掺Ho³⁺光纤激光器。然后进行了中红外可调谐调Q掺Ho³⁺氟化物光纤激光实验，成功实现超过3μm可调谐的调Q光纤激光输出，波长调谐范围超过了80nm（2.95μm³.031μm），并且在整个输出波长范围都观察到5I6→5I7能级跃迁的稳定脉冲串。3.建立了三维光束传播法的模型，并基于该理论设计并计算了稀释波导的能量传输、有效折射率等；然后利用FIMMPROP软件，设计了一个完整的稀释波导光电探测器，并对器件整体的能量传输、极化匹配、光电流等过程进行了精确的模拟仿真和测量，计算了在不同光纤波导、耦合波导、吸收区的结构下相关的参数并进行了优化。