掺铒光纤激光器(EDFL)在光纤通信、传感、测距以及工业加工等领域有着良好的应用前景。由于单位长度增益的限制,传统EDFL所用的增益光纤长度普遍较长,制约了其应用系统进一步向小型化、集成化发展。已有研究表明铒镱共掺磷酸盐玻璃具有良好的吸收和增益特性。磷酸盐玻璃对稀土离子的可溶度高,可以共掺较高浓度铒(Er3+)、镱(Yb3+)离子,在980nm波段光波抽运下,Yb3+的吸收截面比Er3+的要大近一个数量级,可以有效吸收抽运光能量,并通过能量传递过程(ET)把吸收到的能量传递给Er3+。较高的能量吸收和传递效率保证了Er3+上能级4I13/2的粒子数布居,使成纤后的单位长度增益大大提高。利用这种材料制作成的光纤可以在很短的长度内(10厘米量级)实现较高功率的激光输出。 本文首先对光纤器件特别是光纤激光器的发展作了简单的背景介绍。由于光纤材料本身的发光特性对光纤器件的性能有着决定性的影响,本文接着在第二章就铒镱共掺材料的光谱性质进行了阐述。主要通过光谱测量和数据拟合等方法,如通过测量到的发射光谱、吸收光谱等分析材料中稀土离子的跃迁过程,对铒镱共掺磷酸盐玻璃材料的发光及激光特性进行研究和讨论。特别地,铒离子4I13/2能级的荧光寿命是一个重要光谱参数,一定程度上表征了实现粒子数反转的难易程度。它可能会随离子掺杂浓度、激发功率和工作温度的改变而变化。我们利用荧光光谱仪,建立起一套荧光寿命测量装置,测量了975nmLD激发下铒镱共掺磷酸盐玻璃1.54μm荧光寿命,研究了Er3+离子4I13/2能级寿命随掺杂浓度、抽运功率和工作温度的变化及其影响机理。 第三章是短腔铒镱共掺光纤激光器的理论研究。分别从工作物质、抽运光源和谐振腔设计三方面介绍了其工作原理。然后,从铒镱共掺体系的六能级速率方程组出发,结合功率传输方程建立起一个数学模型,对高增益铒镱共掺光纤激光器的连续运转进行数值模拟研究,考察了后腔镜反射率、光纤长度以及铒镱离子掺杂浓度对激光输出功率的影响。第四章介绍了我们基于8.4cm和10.4cm两段高浓度掺杂铒镱共掺光纤,采用短直腔结构制作超短长度光纤激光器的实验。实验获得了最高达170.4mW的激光输出功率,测量了激光器的输入-输出功率关系,并把数值模拟结果和实验结果进行了比较；利用光谱分析仪(OSA)对激光输出谱线进行观测。此外,介绍了利用一段15cm的铒镱共掺光纤实验观测到的超荧光发射现象,给出了不同抽运LD驱动电流下的超荧光发射谱线和超荧光输出功率。最后,第五章对全文的研究作了小结以及前景展望。