热效应引起的模式不稳定性和光子暗化效应引起的输出功率下降是影响大功率光纤激光器走向实际应用的主要因素。采用较低稀土离子掺杂浓度的增益光纤,既能有效降低光纤激光器中的热负载,提高模式不稳定性的阈值,又能降低光子暗化效应,提升光纤激光器的工作寿命。本文将以掺镱光纤为例,对基于低掺杂光纤的光纤放大器特性进行研究,主要内容如下:(一)低掺杂光纤对常规波长激光的放大特性研究。首先,利用截断法对低掺杂双包层光纤的掺杂浓度和包层背景损耗进行测量,并通过实验和仿真相结合的方式,确定了光纤的纤芯损耗。其次,使用低掺杂光纤对常规波长进行高功率放大,获得了千瓦级的功率输出,但较大的背景损耗导致光纤放大器的效率较低。最后,对性能优化后的低掺杂光纤常规波长激光放大能力进行了讨论,数值模拟结果表明,通过降低光纤的背景损耗,使用低掺杂光纤同样能够得到较高的效率。(二)低掺杂光纤对长波长激光的放大特性研究。首先,针对低掺杂光纤放大器,建立了含有信号光和拉曼光的数值模型,讨论了在不同光纤长度、种子光比例和拉曼种子光波长条件下,低掺杂光纤放大器对拉曼光的放大特性。其次,采用1090 nm和1150 nm混合的种子光源,进行了低掺杂光纤对长波长激光放大的实验研究,得到了329 W的1150 nm激光输出。实验结果表明,低掺杂光纤能够在对镱离子增益进行提取的同时实现高效的拉曼转换。最后,对低掺杂光纤放大器和高掺杂光纤熔接传能光纤放大器两种长波长放大方式进行了数值模拟讨论,结果表明,低掺杂光纤放大器具有同等的拉曼放大能力,且具有结构简单和热处理简便的优势。(三)基于低掺杂光纤的脉冲放大器产生超连续谱输出的初步探索。由于低掺杂光纤放大器的增益光纤较长,能够产生较强的非线性效应,具备在较低峰值功率下产生级联拉曼的能力。论文从实验出发,使用低掺杂光纤放大器对数百纳秒量级长脉冲光进行放大,并得到了超连续谱输出。最终输出超连续谱的光谱范围为1060 nm–1500 nm、脉宽为380 ns、峰值功率为4.44 kW、单脉冲能量为1.7 mJ。