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高功率、高光束质量的窄线宽脉冲激光在非线性频率变换、激光雷达、量子信息和遥感探测等领域有广泛的应用前景。然而,直接利用稀土离子受激辐射获得的激光输出只占整个光谱范围的较小部分,一些特殊波段的激光输出无法通过这种方式得到。光纤拉曼激光器/放大器可有效拓展光纤放大器输出的频谱范围,受到研究人员的广泛关注。但是,由于窄线宽纳秒脉冲拉曼放大器中存在受激拉曼散射(SRS)、受激布里渊散射(SBS)、自相位调制(SPM)和交叉相位调制(XPM)等多种非线性效应的相互作用,非线性动力学过程非常复杂,目前还缺乏对该问题的深入研究。鉴于此,论文对窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器进行系统的理论和实验研究,主要内容包括如下:首先,建立窄线宽脉冲光纤拉曼放大器的动力学理论模型。综合考虑受激拉曼散射、受激布里渊散射、自相位调制和交叉相位调制等非线性效应,推导了信号激光、泵浦激光、布里渊Stokes光之间的耦合振幅方程。然后,基于并行双向的有限时域差分算法建立数值仿真模型,并进行数值仿真研究。通过数值计算揭示拉曼放大器中SBS、SRS和SPM等非线性效应之间的相互作用过程;综合分析脉冲宽度、种子激光功率、光纤长度等对拉曼放大器SBS阈值、输出功率/光谱特性等的影响;为实验方案的设计提供有效的参考。再次,基于仿真结果确定拉曼放大器脉冲泵浦源的设计方案,并开展实验研究。研究双程光纤放大器的优化设计方案和功率放大特性,解决弱种子激光的高倍率放大问题。基于LD电流调制和ASE源强度调制两种方案,获得中心波长1064nm、脉冲宽度4~40 ns、峰值功率800~1500W的纳秒脉冲泵浦源。搭建一台峰值功率87.1kW、单脉冲能量476μJ的脉冲放大器,在超声波无损检测中得到应用。最后,在上述基础上,开展窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器的实验研究。通过注入不同重频和脉宽的泵浦激光,改变光纤长度等,研究窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大系统输出特性的影响因素,验证理论模型和数值仿真的正确性。实现了中心波长1120 nm、脉宽3.2~25 ns、最高峰值功率427 W、偏振消光比>21dB的纳秒脉冲激光输出。