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输出波长处在2μm波段的高功率掺Tm3+光纤激光器由于其效率高、光束质量好、稳定性高、体积紧凑，以及对人眼安全、处在水吸收峰和“大气窗口”等特性，在生物医学，激光探测、遥感、光通信，材料处理，军事等领域具有广阔的应用前景。本论文的目的是利用本团队自主研发的掺Tm3+双包层光纤制作一台30W掺Tm3+全光纤激光器样机。 本论文首先介绍了掺Tm3+全光纤激光器中的关键结构和器件：线性全光纤结构谐振腔、光纤光栅、双包层光纤、光纤合束器的基本原理，为后续全光纤激光器样机实验做理论准备。 从石英基质光纤中Tm3+的能级出发，分析了Tm3+之间的相互作用和三种泵浦跃迁机制，在3H6→3H4泵浦机制下，模拟计算了掺Tm3+双包层光纤长度和Tm3+掺杂浓度对泵浦光和激光在光纤中轴向分布的影响，计算了理论最佳掺Tm3+光纤长度和最佳Tm3+掺杂浓度。 在此理论工作基础上，应用改进的化学汽相沉积法（MCVD）工艺，采用汽液相混合掺杂技术制备了掺Tm3+光纤预制棒，并用光纤拉丝塔制备了掺杂浓度、高性能掺Tm3+光纤，在793nm处吸收系数高达4.408dB/m。在样机制作实验中，解决了激光器的热管理，光纤端面制备、光纤熔接、光纤涂覆，掺 Tm3+光纤长度优化等技术难题。进行了温度对掺Tm3+光纤激光器性能影响实验和掺Tm3+光纤长度优化实验，在温度为25℃环境中，掺Tm3+光纤最优长度为3.6m，经低反光栅输出的最高功率为40.1W，阈值为1.1W，斜率效率达到63.47％，激光峰值波长为2002nm，光谱高宽3.926nm。实验中并没有观察到明显的ASE现象，继续增加泵浦功率，预计会得到更高的激光功率。使用国产掺Tm3+光纤成功研制30W掺Tm3+全光纤激光器样机一台，输出功率30.7W，斜率效率为59.86％，激光峰值波长为2002.14nm，光谱高宽3.682nm。