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中红外光纤激光器波长涵盖了大多数分子振动吸收峰,在军事、生物医疗及大气通信等领域显示出巨大的应用前景。目前主要是利用实心光纤掺杂稀土离子,利用稀土离子的能级跃迁产生中红外激光,但功率输出受到非线性效应和热效应的限制。基于空芯光纤的中红外气体激光器结合了光纤激光器和气体激光器的优势,近年来受到了广泛关注。本文利用可调谐窄线宽的半导体激光器泵浦一段充有低气压乙炔气体的负曲率空芯光纤,实现了可调谐的有效中红外(3.1μm-3.2μm)激光输出,主要研究内容如下:1、简要介绍了中红外光纤光源的广泛应用、主要的产生方式及发展水平,综述了空芯光纤的发展历史与研究现状,指出了空芯光纤的出现为中红外光纤激光器发展中存在的各种限制提供了一种解决方案,重点介绍了中红外光纤气体激光器的研究进展。2、开展了基于空芯光纤的乙炔气体激光理论分析。介绍乙炔分子的振动-转动能级跃迁理论,阐述乙炔分子吸收强度分布、吸收线型及展宽等吸收特性,具体介绍本课题的可调谐光纤乙炔气体激光能级跃迁过程,在此基础上,建立四能级系统,给出速率方程,对泵浦阈值及输出功率进行估计。3、开展了可调谐3μm光纤乙炔气体激光实验研究。搭建了可调谐窄线宽1.5μm泵浦源,分析了泵浦源的光谱、线宽、脉冲和光斑等特性,得到了调谐范围从3090nm到3203nm中红外激光,对输出激光的功率、光谱和光斑等特性进行分析。用乙炔P(15)吸收线在空芯光纤中1.5mbar气压下获得了最大0.77W,转换效率13%的连续中红外激光输出;用P(9)吸收线在空芯光纤中0.9mbar气压下获得了最大脉冲能量0.6μJ(平均功率0.3W),转换效率16%的脉冲中红外激光输出。4、开展了全光纤结构的3μm光纤乙炔气体激光初步实验研究。利用拉锥的实心光纤直接与空芯光纤耦合,在脉冲泵浦源泵浦波长为P(11)和P(13)乙炔吸收线时,获得了最高激光脉冲能量250nJ(平均功率为125mW),其斜效率固定为21%左右。当连续泵浦源泵浦波长为P(15)和P(17)乙炔吸收线,获得最大的连续功率185mW和最大功率转换效率14%。