随着光纤激光器技术的研究和发展,光纤激光器以其结构紧凑、性能稳定、转换效率高等优点,广泛应用于机械加工、汽车制作、激光测距、激光医疗等领域,具有十分广阔的发展前景。本论文主要对高功率单模光纤激光器及其输出稳定性开展了相关的实验研究,论文的主要工作内容如下:(1)对组成光纤激光器的大模场光纤、光纤光栅、光纤合束器、包层光剥离器、半导体泵浦源等关键光纤器件进行了介绍和相关性能分析与测试,并从Yb3+离子的能级结构和光谱特性出发,对线性腔结构的光纤激光器建立了理论模型。通过推导和求解光纤激光器的稳态速率方程及光纤的热传导方程,分析讨论了不同设计参数对光纤激光器输出特性的影响,为高功率光纤激光器的实验设计提供理论参考。(2)对高功率单模光纤激光器进行了相关设计和实验,对比测试了掺Yb3+光纤激光器在泵浦波长为915nm和976nm时的输出特性及激光器的斜效率,对光纤激光器谐振腔的反向光功率特性进行了实验分析。实验中发现激光光谱带宽随激光功率的增加而展宽,当光谱宽度超出高反光栅反射带宽时,反向激光功率会迅速增加,使正向输出激光功率下降,因此实验中对比验证了高反光纤光栅不同反射带宽对光纤激光器输出特性的影响,并使用3nm反射带宽的高反光栅获得了超过1.5kW的高光束质量(M2=1.1)的激光输出,光纤激光器的斜效率达到了 82.3%。另外,对单向泵浦方式的光纤激光器进行了高功率实验研究,使用国产大功率半导体激光器作为泵浦源,获得了激光功率超过2kW的近衍射极限的激光输出,光束质量因子M2=1.16。这些研究成果证明了我们的高功率光纤激光器谐振腔技术已达到了行业内的领先水平。(3)对高功率单模光纤放大器系统进行了设计和实验研究,分析了影响高功率光纤放大器输出功率及输出稳定性的因素,对受激拉曼散射效应及模式不稳定现象进行了相关理论分析和讨论。通过实验验证了单向泵浦方式和双向泵浦方式的高功率光纤放大器,并获得了超过3kW的激光输出功率,同时输出激光保持了较好光束质量。对大模场掺Yb3+光纤放大器中出现的模式不稳定现象进行了相关实验研究,根据模式不稳定现象的特征,设计实验方案并对比了掺Yb3+光纤不同盘绕半径时光纤放大器的输出特性,通过减小掺Yb3+光纤盘绕半径的方式提高光纤中高阶模的损耗,抑制光纤中高阶模的产生与传输,能够有效提高模式不稳定现象的功率阈值,同时也能提高光纤放大器的输出稳定性,实验中光纤放大器获得了 3.7kW的激光输出功率。另外,通过设计双向泵浦方式的光纤放大器系统,对光纤放大器在高功率状态下的受激拉曼散射现象进行了实验研究,对比注入不同功率的种子光,并进行功率放大实验,验证了在相同光纤类型与长度时,通过降低种子激光功率的方式降低放大器光纤中的激光功率密度,能够有效地提高受激拉曼散射效应的功率阈值,实验中获得了功率超过3.5kW的高光束质量(M2=1.28)的稳定激光输出,光纤放大器的斜效率约为84.4%。实验中取得的这些研究成果,证明了我们的高功率单模光纤放大器技术已达到了国际先进水平。