空芯光子晶体光纤(HC-PCF)可显著增强光与填充介质间的相互作用,利用HC-PCF可有效降低气体的受激拉曼散射(SRS)阈值。当采用近红外稀土掺杂光纤激光器泵浦,基于HC-PCF的气体SRS效应在非线性光学、激光技术、激光光谱学以及高精度痕量气体检测等领域具有重要应用前景。本论文开展了基于HC-PCF的气体SRS效应的研究,对HC-PCF全光纤高压气体腔的制作与气压控制、SRS泵浦光源的研制以及基于HC-PCF的气体SRS实现方法等关键理论技术问题进行了深入的研究,主要包括以下几个方面:给出了SRS的经典电磁场描述,由此得出了稳态条件下的SRS增益系数,并分析了瞬态过程导致的SRS增益下降问题,以及泵浦光的线宽对前后向SRS过程的影响。在此基础上,建立HC-PCF中的SRS理论模型,从而揭示出HC-PCF损耗与模式特性对SRS过程的影响。利用平面波展开法对HC-PCF的模式特性进行了分析,并实验测量了HC-PCF的模场分布。通过HC-PCF气体填充置换和泄漏实验,结合微管管流理论,研究了HC-PCF气体填充过程中的动力学行为和气体泄漏特性,结果表明,HC-PCF的气体填充过程极为缓慢,减小出口密封腔体积可有效缩短充气时间。通过对熔接参数的优化,利用商用光纤熔接机实现了HC-PCF与传统SMF之间的低损耗熔接。在上述两项工作的基础上,提出一种全光纤型HC-PCF高压气体腔制作方案,并通过测量单端气体泄漏速度随时间变化关系评估了所研制的高压气体腔的最终腔压。研制了一台非线性偏振旋转被动锁模掺镱光纤激光器,通过光纤耦合器进行脉冲堆积实现了脉冲宽度的加宽,通过滤波将光谱变窄后再经级联掺镱光纤放大器进行功率提升,最终获得重复频率11.68MHz,光谱宽度0.5nm,脉宽约800ps,峰值功率11.8W激光脉冲序列。通过研究不同结构调Q光纤激光器的脉冲输出特性发现,放大的自发辐射(ASE)对调O掺镱光纤激光器的输出脉冲有影响,无论是环形腔还是线形腔,宽带ASE均会消耗掉大量反转粒子数,不利于调Q激光脉冲振荡的形成;通过在腔内加入选频器件以抑制ASE,可将腔内光子数在Q开关打开时保持在较低的水平,使得增益远大于腔损耗,从而利于形成高峰值功率的调Q激光脉冲;此外,由于线形腔结构可利用掺杂光纤的双程增益,调Q运转时,阈值更低,输出脉冲宽度更窄、峰值功率更高。在对调Q光纤激光器结构的研究基础上,设计并研制了一种波长可在1064±5nm范围内调谐的调Q掺镱光纤激光器,获得了重复频率为5kHz、脉宽约30ns、最大峰值功率达85W的激光脉冲序列。利用研制的高峰值功率调Q掺镱光纤激光器作为拉曼泵浦光源,首次实现了单模光纤激光器泵浦的氢气SRS效应,避免了光源耦合的问题,大大提高了泵浦效率,实现了全光纤化的气体拉曼激光波长变换,有利于促进气体拉曼激光器件的小型紧凑化。以上研究结果对研制实用化的气体拉曼激光器件以满足特殊波段激光应用需求具有重要的参考价值。