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2-5μm波段的中红外超连续谱光源在基础科学、环境监测、生物医疗和国防安全等众多领域都有着广泛的应用需求。基于全光纤结构的中红外超连续谱光源无分立元件、结构紧凑、光束质量好、易于维护,是国际上超连续谱光源研究的热点之一。随着掺铥光纤激光器的发展,采用2μm脉冲激光和掺铥光纤放大器作为泵浦源是中红外超连续谱光源的发展趋势,然而目前相关研究还处于起步阶段,瓦量级输出的研究报道仍然较少。本文对基于ZBLAN(Zr F4-Ba F2-La F3-Al F3-Na F)氟化物光纤的高功率全光纤中红外超连续谱光源展开全面系统的研究,并以2μm主振荡功率放大器(MOPA)系统泵浦ZBLAN光纤获得了高功率的中红外超连续谱光源,论文的主要内容包括:1.回顾了超连续谱光源的发展历史,介绍了中红外超连续谱光源的应用需求,讨论了中红外超连续谱产生的材料选择,综述了中红外超连续谱光源的研究进展。根据材料特点和研究现状,确定软玻璃光纤中制造工艺最为成熟的ZBLAN光纤为本文中红外超连续谱产生研究的非线性材料。2.展开了中红外超连续谱产生的数值研究。介绍了广义非线性薛定谔方程的时域和频率模型及其求解方法,分析了ZBLAN光纤的光学特性,包括光纤的色散、损耗、拉曼响应函数和非线性系数等,讨论了ZBLAN光纤的参数选择,并数值研究了ZBLAN光纤中超连续谱的产生过程。对不同波长和脉冲宽度的激光泵浦ZBLAN光纤产生超连续谱进行了比较。数值结果表明,和1.55μm脉冲激光泵浦相比,2μm脉冲激光泵浦ZBLAN光纤有利于提高中红外超连续谱中长波长的功率比例;相同的峰值功率下,脉冲宽度越大输出光谱的展宽效果越好。3.研究了2μm脉冲激光的产生技术。获得了2μm波段稳定的半导体可饱和吸收镜(SESAM)被动调Q脉冲输出,脉冲重复频率可从20 k Hz增加到80 k Hz,同时脉冲的宽度可从1μs减小到362 ns。通过SESAM被动锁模技术,获得了输出波长为1960 nm的皮秒脉冲。基于复合腔高重频锁模技术,实现了重复频率为100MHz,脉冲宽度为850 ps的1960 nm锁模脉冲。首次分析了基于超连续谱光源的2μm脉冲激光的形成过程,并基于超连续谱光源获得了中心波长为1957.8 nm的脉冲序列。4.成功研制出光谱覆盖2-2.5μm波段的高功率超连续谱光源。以SESAM被动锁模的2μm皮秒脉冲激光为种子源,通过MOPA系统进行功率放大,在大模场面积掺铥光纤放大器中实现了平均功率为62.1 W的超连续谱。超连续谱的输出光谱覆盖1.9-2.7μm,如果忽略输出光谱在1960 nm附近的信号峰,对应的10 d B光谱范围约为1945-2579 nm。62.1 W的平均输出功率为目前该波段超连续谱光源的最高功率,最后一级放大器中泵浦光到超连续谱输出的光-光转换效率为39.8%,平均功率和转换效率均为国际上已公开报道的最高值。5.研究了1550 nm纳秒脉冲放大系统泵浦ZBLAN光纤的中红外超连续谱产生,获得了平均功率为304 m W,输出光谱覆盖1.5-3μm的超连续谱。为提高中红外超连续谱的输出性能,在铒/镱共掺光纤放大器后连接了铥/钬共掺光纤放大器和掺铥光纤放大器进一步提高2μm波段的脉冲功率,然后泵浦ZBLAN光纤获得了高平坦度的中红外超连续谱,这是国内首次实现输出光谱扩展到3μm以上的中红外超连续谱光源的实验研究。所获得的超连续谱光源输出光谱覆盖1.9-4.3μm,平均输出功率为185 m W。6.基于2μm MOPA系统,通过级联超连续谱产生的方式,在单模ZBLAN光纤中先后实现了平均功率为1 W、7.11 W和13 W的中红外超连续谱,13 W平均功率为目前公开报道的软玻璃光纤中中红外超连续谱产生的最大功率。实验中所获得的13 W中红外超连续谱输出光谱覆盖1.9-4.3μm,相对于最后一级放大器中泵浦光的转换效率为20%,输出超连续谱中光谱大于2.5μm的超连续谱光功率为6.85 W,为总输出功率的52.69%。