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2 μm锁模光纤激光器在医疗、材料加工、雷达和遥感等领域具有广泛的应用,同时在光参量振荡产生、拉曼自频移和超连续谱产生等方面也具有重要的科研价值和极好的发展前景。然而,目前2 μm波段的锁模技术相比于成熟的近红外波段相对滞后,存在诸多问题,例如激光调制器件的不成熟和低效率、脉冲稳定性较差、单脉冲能量受限、光纤内非线性效应较强、热效应严重等。因此,基于2 μm波段开展锁模光纤激光器的研究具有重要的科学意义和应用价值。本文分别从新型可饱和吸收体和大纤芯的多模增益介质两个方面出发,对2 μm掺铥被动锁模光纤激光器进行研究,旨在获得具有高脉冲能量、良好稳定性和高光束质量特性的2 μm锁模脉冲。首先,基于掺铥单模光纤开展了 PbS纳米颗粒可饱和吸收体调制的2 μm锁模光纤激光器的研究。制备了 PbS纳米颗粒可饱和吸收体,并对可饱和吸收体的形貌和光学特性进行表征,结果表明PbS纳米颗粒具有宽带吸收特性、高损伤阈值、低饱和强度等优点。将PbS纳米颗粒可饱和吸收体接入环形腔进行非线性调制,成功地获得了稳定的锁模脉冲输出,锁模脉冲的平均功率为115.6mW、脉冲宽度为4.24 ps、脉冲能量为7.3 nJ,为2 μm被动锁模技术提供了一条新的技术路径。其次,研制了掺铥多模光纤基横模锁模器,分析了光纤布拉格光栅的选模原理,利用半导体可饱和吸收镜(SESAM)的空间模式滤波和光纤布拉格光栅(FBG)的横模-反射波长关联特性进行选模,通过调整SESAM的位置和角度可实现连续波锁模和Q调制锁模脉冲状态的切换,获得了平均输出功率0.87W、脉冲宽度17ps、单脉冲能量52.4 nJ的连续波锁模脉冲,x和y方向的光束质量M2因子分别是1.74和1.71,同时获得了平均功率1.67 W、最短脉冲宽度1.55 μs、最高脉冲能量29.2 μJ的调Q锁模脉冲。实验结果展示了多模光纤相比单模光纤更为优越的输出性能,在高功率、高能量激光领域和非线性光学领域具有重要的应用潜力。