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近年来,2.0μm波段超短脉冲和多波长光纤激光光源因其在激光医疗、环境监测等领域的广泛应用前景以及结构紧凑、灵活性高、散热性好、易于集成等优点受到了越来越多的关注。本文结合光纤的非线性效应,对2.0μm波段的被动锁模和多波长光纤激光器进行了详细地研究,主要内容可分为以下三个部分:(1)基于非线性薛定谔方程,建立了基于光纤非线性效应的被动锁模掺铥光纤激光器理论模型,数值模拟了其脉冲演化过程。利用琼斯传输矩阵法求解了基于NPR结构的掺铥光纤激光器激光腔的传输函数,并模拟分析了该结构激光腔的两种工作状态。(2)基于NALM结构首先实现了可同时工作在孤子和类噪声状态的被动锁模掺铥光纤激光器。输出孤子脉冲宽度为1.53 ps,重复频率和脉冲能量为10.34MHz和0.21 nJ;在最高泵浦功率可获得平均功率高达589.52 mW的稳定类噪声锁模脉冲,这也是目前直接输出功率最高的类噪声锁模脉冲。其次,基于高掺杂的铥钬共掺石英光纤,在超短腔NPR环形腔中获得了脉宽为566 fs的超短脉冲输出,相应的脉冲能量和重复频率分别为186.68 pJ和25.98 MHz。然后,基于功率相关传输测试法,完成了对不同调制深度的SWCNT的可饱和吸收曲线测试,并结合SWCNT-C实现了重复频率、脉冲能量和宽度分别为37.3 MHz、32.4 pJ和543 fs超短脉冲。最后,结合NPR的快速非线性调制和SWCNT的混合锁模,实现了可自启动的、高信噪比的锁模脉冲。(3)基于琼斯传输矩阵法,建立并仿真分析了由保偏光纤、偏振相关隔离器以及偏振控制器构成的双折射光纤滤波器的理论模型。在此基础上实现了基于光纤非线性效应的2.0μm多波长掺铥光纤激光器,该激光腔可实现波长分别为1923.9 nm和1927.9 nm的稳定的双波长激光以及基频锁模和高次谐波锁模输出。这是在2.0μm波段首次实现的可同时工作在连续多波长激光和锁模脉冲两种状态的掺铥光纤激光器。