中红外激光（3～5μm波段）在空间通讯、遥感、光电对抗、医疗、大气监测等众多领域有重要的应用价值。目前产生中红外激光的方案有很多,其中基于掺稀土离子的软玻璃光纤激光器最有希望实现高效紧凑的中红外激光输出。但是,受软玻璃光纤材料特性、拉制工艺水平和掺杂稀土材料种类的限制,中红外光纤激光器在输出功率提升和波长拓展方面存在技术瓶颈,目前已经报道的最长波长为3.92μm,随着波长的增加输出功率成指数下降。近年出现的基于充气空芯光纤的新型光源,完美结合了传统气体激光器和光纤激光器的众多优点,被认为是解决传统中红外光纤激光功率提升和波长拓展瓶颈的有效技术途径。本文利用自行搭建的可调谐窄线宽2μm光纤放大器,泵浦一段充有低气压二氧化碳气体的反共振空芯光纤,在国际上首次实现了4.3μm波段连续波光纤激光输出。本文的主要内容和结果如下:1.介绍了中红外激光光源的特点、应用及主要产生手段,指出基于掺稀土光纤的中红外激光器在功率提升和波长拓展方面存在技术瓶颈。通过回顾分析空芯光纤和基于空芯光纤的气体激光器发展历史与研究现状,指出基于反共振空芯光纤的气体激光器为解决传统中红外光纤激光器遇到的技术瓶颈提供了一条有效的途径,有望实现高功率可调谐中红外光纤激光输出。2.开展了基于反共振空芯的4.3μm波段二氧化碳气体激光理论分析。针对4.3μm二氧化碳激光输出的需求,建立了反共振空芯光纤的仿真模型,重点计算分析了相应模场能量分布和传输损耗特性,指出芯径更小、管壁更厚的反共振空芯光纤更有利于2～4.5μm波段光纤激光的传输。结合反共振空芯光纤的传输特性,分析了二氧化碳分子的能级特性,计算给出了反共振空芯光纤中二氧化碳分子在2μm波段的吸收特性和4.3μm波段的激射特性,为实验研究提供了理论指导。3.开展了基于反共振空芯光纤的4.3μm波段二氧化碳气体激光实验研究。自行搭建了最大输出功率约2.2 W的可调谐窄线宽2μm光纤激光放大器,以此为泵浦源,泵浦一段充有低压二氧化碳的反共振空芯光纤,在5 m长空芯光纤、5 mbar二氧化碳气压下,获得了最大输出功率为82 m W的4.3μm激光输出,为目前连续波光纤激光输出的最长波长。4.初步开展了基于反共振空芯光纤的高功率4.3μm波段二氧化碳气体激光实验研究。对2μm泵浦源进行初步优化设计后,在10 m长纤芯80μm的空芯光纤、5 mbar二氧化碳气压下实现了155 m W的4.3μm激光输出,相对吸收泵浦光的斜率效率约为19.2%。通过进一步优化设计反共振空芯光纤、提升2μm窄线宽泵浦源的功率和引入合适的缓冲气体,有望获得瓦级至十瓦级可调谐4.3μm光纤气体激光输出。