高功率窄线宽光纤激光器在非线性频率转换、光谱合成以及相干合成等领域具有广阔的应用前景。本文将自研的窄线宽振荡器作为种子，采用单级主振荡功率放大(MOPA)技术，实现了6.02 kW窄谱激光输出。在最高功率时，信号光的中心波长为1079.26 nm，3 dB带宽约为0.36 nm，10 dB带宽约为1.47 nm，放大级对应的光-光转换效率约为85.7%，光束质量M²约为2.7。据查，这是目前公开报道的窄线宽光纤激光器的单纤最高输出功率。本研究对于高功率窄线宽光纤激光的发展和研究具有重要的指导意义。

基于掺镱光纤激光放大器理论模型,分析了光纤放大器中掺镱光纤弯曲半径对模式传输损耗的影响以及掺镱光纤长度对系统光-光转换效率的影响。结合实验中采用的掺镱光纤的特点,对掺镱光纤的弯曲半径及光纤长度进行了优化设计。基于主振荡放大结构中,种子光源的输出功率为170 W,光束质量为 M2x=1.10, M2y=1.05;放大器采用双端抽运的方式,使用自研30/600 μm掺镱光纤,最终实现了输出功率为10.14 kW,中心波长为1070.36 nm,3 dB带宽为5.32 nm的全光纤激光输出,光束质量为 M2x=3.12, M2y=3.18。放大级最大光-光转换效率为87.9%,斜率效率为89.2%,输出激光信噪比大于45 dB。

采用高功率激光二极管阵列（LDA）端面泵浦Nd:YAG激光棒方式,结合凸凹非稳腔的设计，获得20 Hz运转条件下小束散角激光输出平均能量约为83 mJ。以该激光为振荡源，同样采用LDA端面泵浦Nd:YAG激光棒的方式进行能量放大，组成LDA端面泵浦振荡-放大（MOPA)激光器，最终获得重频频率20 Hz、平均能量＞200 mJ、发散角＜2.1 mrad、能量波动＜±2.5%的脉冲激光输出。该激光器光光转换效率约为14.6%，体积为175×91×49 mm3，质量＜1 kg，激光经8倍发射天线后发散角＜0.3 mrad。

报道了一种紧凑型激光二极管(LD)侧面抽运的高能量全固态Nd∶YAG主振荡功率放大系统。放大系统整体采用半导体制冷器进行冷却, 实现了激光系统的紧凑化和小型化。主振荡器使用了直径为7 mm、长度为100 mm、掺杂浓度(原子数分数)为1.1%的Nd∶YAG晶体棒, 在10 Hz重复频率下获得最大脉冲能量为350 mJ、脉宽为9.7 ns的激光输出。功率放大级使用直径为7.5 mm、长度为134 mm、掺杂浓度为1.1%的Nd∶YAG晶体棒作为增益介质, 放大后得到了能量为700 mJ、脉宽为10 ns的激光输出。

介绍了2.0 μm波段掺铥连续单频光纤激光器的实验研究进展，以实现单频光纤激光器的关键技术为主线，总结了不同腔结构掺铥单频光纤激光振荡器的研究现状与发展方向。基于种子源主振荡功率放大(MOPA)结构进行了单频激光器功率放大，介绍了高功率掺铥单频光纤MOPA激光器的国内外研究进展。此外，介绍了本课题组在高掺杂铥锗酸盐玻璃光纤制作,2.0 μm波段单频光纤激光振荡器构建,以及单频激光功率放大方面的部分研究工作。

利用半导体激光器（LD）抽运大模场增益光纤实现了输出功率大于4 kW的主振荡功率放大结构全光纤激光器。实验研究了增益光纤纤芯直径和抽运波长不同情况下激光器的受激拉曼散射（SRS）和横向模式不稳定（TMI）特性。为了抑制SRS，选择纤芯为30 μm的大模场掺镱光纤作为增益介质；为了抑制光纤放大器中的TMI，利用增益光纤吸收系数较低波段对应的915 nm LD作为抽运源，将增益光纤弯曲半径降低到10 cm以提高高阶模的损耗。在种子功率为100 W、最高注入抽运功率为5.3 kW时获得了4.1 kW的功率输出，光束质量M2为2.2，输出激光中无SRS和TMI现象。

介绍了基于主振荡功率放大结构的人眼安全全光纤激光器。首先对比了电光调制及直接调制产生的种子激光在百kHz重复频率、纳秒级脉冲宽度的激光放大器中优缺点，综合系统需求选择直接调制方式；之后对窄脉冲单模放大中出现的脉冲分裂现象进行了研究，选用10 μm纤芯的双包层铒镱共掺光纤，仅通过两级放大即获得了1 550 nm，重复频率为200 kHz，脉冲宽度为4.07 ns，峰值功率为1.02 kW的单模激光输出。具有结构紧凑、稳定可靠的特点，可用于三维视频激光雷达。

研究了一台基于主振荡功率放大（MOPA）结构的全光纤结构脉冲激光器。利用声光调Q，获得了平均功率约为500 mW的脉冲种子源，采用一级预放大器使输出脉冲放大到10 W；主放大器利用一台中心波长为976 nm的带尾纤的半导体激光器对掺Yb3+双包层光纤抽运。最终在40 kHz的重复频率下实现了中心波长为1064 nm、脉宽为2.4 μs、平均功率大于100 W、脉冲能量达到2.63 mJ、输出光束的M2因子为1.2的激光脉冲输出。

以国产掺Yb光纤为增益介质，利用国产泵浦源和光纤器件，构建了主振荡功率放大结构的全国产大功率全光纤激光器。在注入的最大泵浦功率为75 W时，获得了52.5 W，1 080 nm激光的稳定输出，光-光效率为70%。实验结果表明，提高泵浦功率可获得更高的输出功率。

为了分析高功率准分子激光主振荡功率放大(MOPA)系统中各光学元件稳定性对靶面光斑定位精度的影响，建立了分析模型，利用分析结果指导高稳定性镜架设计以满足系统实验需求。根据高功率准分子激光MOPA系统特点，有效地简化了系统光路，建立了系统光路模型; 按照系统打靶精度要求，利用三维坐标变换和光线追迹法，计算得到了系统单个光学元件稳定性对靶面光斑定位精度的影响规律; 最后，对自行设计的镜架进行了稳定性测量。计算结果表明，反射镜的旋转变化和透镜垂直光轴的平移变化是影响靶面光斑定位精度的主要因素，且主放大光路中反射镜在X方向和Y方向上最大的变化范围分别不能超过0.8和1.6 μrad。实际测量结果表明，设计的镜架在X方向和Y方向最大的变化范围分别为0.6和0.81 μrad，满足系统实验要求。