光纤激光器凭借阈值低、效率高、光束质量好、结构紧凑、可靠性高以及散热性好等优点,受到普遍关注。掺铥光纤激光器在1800～2100nm波长可选,使其在医学、生物学、超快光学、眼睛安全、近距离遥感和远程探测系统等方面具有非常良好的应用前景,已经成为人眼安全波长领域光纤激光器的研究热点。而且掺铥光纤激光器可以工作在S波段,对于开发潜在的通信资源频率空间,提高光纤通信系统的容量起着十分重要的作用。本文通过建立数学模型对锥形耦合方式以及掺铥光纤激光器的性能进行了分析,并仿真实现掺铥光纤激光器性能与相关参数之间的关系,对于获得高性能掺铥光纤激光器具有重要意义。本文主要工作和创新点如下:1.介绍了光纤激光器的工作原理;根据标量波动方程,并运用追赶法,说明了光信号在锥形光纤中的传输特性和能量损耗,分析了光功率在光纤中的分布。通过分析得出,渐变折射率越小,能量损耗越小;锥形过渡区越短,传输效率越高。2.研究了铥元素的能级结构特点,在此基础上对掺铥光纤激光器³H₄→³H₆的泵浦方案进行分析。采用速率方程的方法对其进行理论分析,并建立掺铥光纤激光器的数学模型。3.模拟仿真了线性腔掺铥光纤激光器的特性,分析了Tm³⁺的掺杂浓度、光纤长度、谐振腔腔镜反射率和泵浦功率等参数对激光器输出功率的影响。通过分析得出,在其他条件一致的情况下,掺杂浓度、光纤长度以及谐振腔腔镜反射率,均存在使掺铥光纤激光器获得最大输出功率的最佳值,偏离最佳值将会导致输出功率的降低。通过适当提高增益介质的掺杂浓度或者谐振腔腔镜反射率,可以有效缩短掺铥光纤的长度。4.模拟仿真了环形腔掺铥光纤激光器的特性,分析了Tm³⁺的掺杂浓度、光纤长度、耦合器耦合比、泵浦功率等参数对激光器输出功率的影响。分析获得,在其他条件一致的情况下,掺杂浓度、光纤长度以及耦合器耦合比,均存在使掺铥光纤激光器获得最大输出功率的最佳值。通过适当提高增益介质的掺杂浓度或者耦合器耦合比,可以有效缩短掺铥光纤的长度。