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本论文结合国家863项目和国家自然科学基金重点项目选题，具有重要的学术意义和实际应用价值。研究工作以实际应用为总体目标，注重探讨瓦量级全光纤有源器件中的物理问题和关键技术。在深入细致的理论和实验研究中，发现了一些新现象，对其物理机制进行了探讨，并总结出其内在变化规律，进而指导器件的优化设计。突破了一些关键技术，使“瓦量级铒光纤激光器及超荧光光澡”的性能指标达到较高的水平。主要内容如下：
一、掺铒光纤激光器的理论模拟
基于激光器的稳态速率方程和增益光纤中的功率传输方程，对掺铒光纤激光器进行数值模拟。详细研究了激光器输出特性随泵浦方式、增益光纤长度、反馈耦合比、腔损耗的变化规律。首次对掺铒光纤激光器共振泵浦新机制进行模拟研究，发现泵浦波长与激光器性能之间以及铒离子对(儿)浓度与泵浦效率之间的新规律。
二、瓦量级铒镱共掺光纤激光器及超荧光光源
1．利用半导体激光器阵列，通过锥形光纤束耦合器对铒镱共掺双包层光纤进行侧向泵浦，构建全光纤结构的环形腔、线形腔以及MOPA结构铒镱共掺光纤激光器。三种激光器输出功率均大于1W，斜率效率分别为33％、35％和30％。经专家鉴定，其性能指标达到国际先进水平。
(1)深入研究了环形腔和线形腔激光器的特性。发现在未采用任何选频元件的情况下，激光振荡波长随输出耦合比的增加逐渐向短波端漂移。输出带宽随泵浦功率的增加而逐渐增加，最终稳定在0.5mn左右，说明铒镱共掺光纤具有非均匀展宽性质。
(2)MOPA结构激光器采用可调滤波器进行波长选择，输出波长在1540～1571.1nm可调、带宽0.075mn、调谐平坦度优于0.5dB。
2．采用种子源注入的方式避免瑞利散射光形成激光振荡，研制成功C波段、L波段和波长可调的瓦量级超荧光光源。
(1)C波段超荧光光源利用高功率单程后向铒镱共掺光纤放大器，对低功率掺铒超荧光进行放大，得到功率1.16W、峰值1561nm、3dB带宽约8nm的超荧光输出，光一光转换效率32％。发现该光源中存在低功率的种子源(<12mW)引起激光振荡，而高功率的种子源抑制激光振荡的新现象，并对其物理机制进行了探讨。
(2)L波段超荧光光源利用双程前向铒镱共掺光纤放大器，对低功率的L波段种子源进行放大，得到功率0.94w、光谱覆盖1560～1615nm的超荧光输出，光一光转换效率21％。与C波段光源相比，该L波段光源完全抑制激光振荡所需的种子源功率较低，更有利于实现高功率、平坦的超荧光输出。
(3)峰值波长可调的超荧光光源由种子源、前置放大器和功率放大器三级构成，中间插入滤波器进行波长选择，得到大于1.8W超荧光输出，为迄今为止见于报道的1.55μm波段最高功率值。
三、共振泵浦L波段掺铒光纤激光器及超荧光光源
采用C波段的激光器和超荧光光源分别作为共振泵浦源(共振泵浦即利用1.55μm附近光直接将铒离子激发到其激光上能级簇中)，深入研究了L波段激光器和超荧光光源的特性，获得了创新性的研究成果。
1.采用低功率的C波段激光器作为共振泵浦源，对L波段掺铒光纤激光器基本特性进行研究。发现即使采用后向泵浦结构也能得到很高的相对于ASE基底的信噪比。而且，在泵浦波长从1530nm变化到1550nm的过程中，激光器效率变化不大，证实了采用宽带源泵浦的可行性。通过选择合适的泵浦波长可有效抑制输出光谱中的ASE成分，从而提高信噪比。实验证明泵浦波长为1545nm时，可同时获得较高的泵浦效率和较高的信噪比。
2.采用高功率的C波段超荧光光源作为共振泵浦源，对线形腔掺铒光纤激光器进行后向泵浦，得到了1.19W的L波段激光输出，为目前全光纤L波段掺铒光纤激光器最高输出功率。该激光器斜率效率65.3％，激光线宽和相对于ASE基底的信噪比分别为0.08nm和66dB。
3.利用共振泵浦的双程后向结构掺铒光纤放大器，对低功率L波段宽带光源进行放大，得到功率1.01W、光-光转换效率54％、3dB带宽34.3nm的高功率宽带平坦超荧光输出，为1.55μm波段超荧光光源中首次同时实现瓦量级的高输出功率和宽带平坦的输出光谱。
四、掺铒光纤激光器自组织相干合成
1.提出并实现一种支路滤波方案。即：在掺铒光纤激光器的自组织相干合成结构中，将可调滤波器从马赫一曾德尔干涉仪的合成臂移至其支臂中。实验证明，该方案在保持输出光谱质量不变的前提下，提高了激光器的输出功率。以此为基础，提出用小功率滤波器控制高功率激光器的多路合成新颖方案。
2.首次研究了环形腔光纤激光器的相干合成，得到高达97％的合成效率。计算证明，环形腔光纤激光器的相干合成不仅可将功率相近的多路激光有效合成，也可以将具有不同输出功率和不同输出耦合比的光纤激光器有效地合成。