自光纤激光器诞生以来,随着其应用领域的日益广泛,人们对其输出功率要求越来越高。目前,单根光纤激光功率输出已突破十千瓦,但是受激拉曼散射(SRS)、受激布里渊散射(SBS)等非线性效应仍是制约光纤激光输出功率进一步提升的关键因素。到目前为止,光纤激光研究者们已经提出多种抑制SRS和SBS效应的方法,取得了较好的效果,但在功率进一步提升时都遇到了技术瓶颈。本文旨在发展一种基于倾斜光纤光栅的简单有效抑制方法,开展了倾斜光纤光栅设计仿真、刻写与测试,以及将其用于抑制大功率光纤激光SRS和SBS的实验研究,主要内容包括:1、开展了倾斜光纤光栅和啁啾倾斜光纤光栅的理论研究与仿真计算。利用耦合模理论和传输矩阵法,建立了光纤光栅仿真模型,分别计算了基于单模光纤和大模场双包层光纤的倾斜光栅和啁啾倾斜光栅输出光谱特性,详细分析了倾斜角度、折射率调制深度、光栅长度等因素对传输谱的影响。结果表明,倾斜光纤光栅和啁啾倾斜光纤光栅可分别用于抑制SBS和SRS效应,并明确了实际应用中光栅参数的设计规则,为下一步光栅制作奠定了理论基础。2、开展了倾斜光纤光栅和啁啾倾斜光纤光栅的制备与测试研究。搭建了基于紫外准分子激光相位掩模板法的光纤光栅制作系统,在单模光纤上刻写了倾斜光纤光栅和啁啾倾斜光纤光栅,首次在大模场双包层光纤上刻写了啁啾倾斜光纤光栅,并测试了光栅的光谱、损耗、温度漂移、功率温升等特性。结果表明,可满足光纤激光SBS和SRS抑制的基本需求,为后续实验研究提供了有力支撑。3、开展了啁啾倾斜光纤光栅对SRS抑制的理论分析与实验验证。基于SRS相关理论,从原理上分析了啁啾倾斜光纤光栅抑制SRS的可行性,并搭建了验证性实验系统,在1090 nm光纤激光放大器中开展了SRS抑制的验证性实验研究。结果表明,当啁啾倾斜光纤光栅放置于种子源和放大器之间时,能提升放大器系统整体拉曼阈值,有效抑制SRS效应,光谱上抑制比最高可达25dB;当其放置于多级放大器级间时,也有同样的抑制效果,且随插入光纤光栅数目的增加而增加;但其本身的布拉格谐振反射可能导致拉曼随机激光产生,不利于系统功率的进一步提升。4、开展了基于大模场双包层啁啾倾斜光纤光栅的千瓦级光纤激光放大器系统SRS抑制实验研究。在大模场光纤上设计并制作了针对大功率1080 nm光纤激光的啁啾倾斜光纤光栅,并分别在双向半导体泵浦和同带泵浦光纤放大器中验证了效果。当啁啾倾斜光纤光栅放置于种子源和放大器之间时,在双向半导体泵浦系统中,在最高输出功率2.35kW下光谱抑制比达10dB;在同带泵浦系统中,加入一个光栅时,输出功率3300W时光谱抑制比达15dB,Stokes光强度相同时的输出功率由不足3.5kW提升至3.9kW,M~2因子由大于2改善至约1.70;加入两个光栅时,输出功率3900W时光谱抑制比为15dB,Stokes光强度相同时的输出功率进一步提升至4.2kW,M~2因子保持为约1.80且功率进一步提升受限于泵浦激光器。实验结果表明,在实际大功率光纤放大器系统中,啁啾倾斜光纤光栅能有效提升系统拉曼阈值,抑制Stokes光产生,提升系统有效输出功率;串联多个啁啾倾斜光纤光栅可获得更好的抑制效果。对于主要受限于SRS的大功率光纤放大器系统,啁啾倾斜光纤光栅能够有效提升系统输出功率。5、提出了基于啁啾倾斜光纤光栅的具有SRS抑制功能的光纤激光振荡器结构,并开展了相关理论和实验研究。在大模场光纤上设计并制作了针对1080 nm光纤激光的啁啾倾斜光纤光栅,并在不同泵浦结构的大模场光纤振荡器上进行了SRS抑制实验研究。当啁啾倾斜光纤光栅应用于腔内低反光栅前时,能有效提升整体拉曼阈值,显著降低Stokes光占比及功率,光谱抑制比可达10dB。实验结果表明,啁啾倾斜光纤光栅可应用于光纤振荡器中SRS效应抑制,改善系统输出特性,但其损耗特性对振荡器影响较大,且残余的布拉格谐振反射可能激发拉曼随机激光,不利于系统功率提升。随着光纤光栅制备技术的改进,可获得更好的实验效果。6、提出了利用倾斜光纤光栅抑制窄线宽光纤激光中SBS的技术方案,并开展了初步实验研究。针对当前窄线宽光纤激光SBS抑制方法的不足,结合SBS产生机理和倾斜光纤光栅的性能特征,从原理上深入分析了倾斜光纤光栅抑制SBS的可行性。特殊设计的倾斜光纤光栅,可作为极窄带滤波器,在SBS效应产生的Stokes频移处的形成高损耗,相当于等效的光纤布里渊增益峰值的降低,从而提升SBS阈值,起到抑制光纤激光中的SBS效应的作用。为了验证理论分析的可行性,设计并制作了针对1.55μm光纤激光的倾斜光纤光栅,搭建了抑制SBS的实验系统,开展了初步实验研究。结果表明,倾斜光纤光栅对SBS效应产生的后向Stokes光有很好的滤波效果。通过改进倾斜光纤光栅的性能参数,可获得更好的抑制效果。下一步可在大模场双包层光纤上制备倾斜光纤光栅,用于大功率窄线宽光纤激光SBS效应的抑制。