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光纤激光器是一种使用稀土离子掺杂光纤作为增益介质的激光器，是众多类型激光器的重要组成部分。它主要由光学谐振腔、增益工作介质和泵浦源三部分组成，具有光束质量优良、转换效率高、散热效果好、小型轻量化、运转寿命长、泵浦带宽大、稳定性好、可长距离传输等优点。光纤激光器自诞生以来发展迅猛，激光功率更是呈指数级增长。然而，在波长方面却没有很大突破，许多频段特别是波长超过3μm及以上的中红外波段，仍然缺乏成熟有效的光纤激光光源。研究表明利用稀土掺杂硫系玻璃制备的光纤作为激光增益介质的光纤激光器是直接获得3~5μm波段中红外激光行之有效的方法。目前，国内外众多研究者已获得了稀土掺杂硫系光纤在中红外波段的荧光输出，但还没有实现3μm以上的光纤激光输出。
本文首先旨在从理论上分析稀土掺杂硫系光纤的激光输出性能及相关影响参数，通过理论计算指出存在的问题及相应解决思路。其次制备Pr3+掺杂的Ge-As-Ga-Se玻璃及光纤，通过测试分析样品参数为光纤激光理论分析提供切实可靠的数据来源。在对样品跃迁特性及各能级寿命分析后，发现激光泵浦能级寿命比较长，向下跃迁到激光上能级的过程存在较大能量损失。因此，在光纤激光器结构中采用双波长级联方式，通过闲频光的受激跃迁作用提高反转粒子数。具体研究内容及研究结果如下：
（1）通过熔融淬冷法，制备了Pr3+掺杂Ge-As-Ga-Se玻璃样品并拉制成光纤，通过吸收光谱测试和中红外荧光光谱测试，得到了样品在0.9～6μm波长范围内的吸收光谱和3.5～5.5μm波长范围内的中红外荧光光谱。根据测试得到的结果，利用Judd-Ofelt等理论，计算了样品中Pr3+离子的自发辐射概率、荧光分支比、寿命、吸收截面和发射截面等参数。
（2）根据Pr3+离子能级结构的特点，采用双波长级联方式的光纤激光器设计，分别推导出在1.55μm和2μm泵浦波长下光纤激光器的速率方程和传播方程，建立数学模型并对其求解，研究了光纤长度、损耗、掺杂浓度和闲频光等对光纤激光器激光输出的影响。发现光纤长度、损耗和掺杂浓度等非线性地影响激光输出，同时双波长级联方式的应用使得闲频光的受激跃迁作用提高反转粒子数，可以有效地提升激光输出。
（3）根据多个参数非线性影响激光输出的情况，提出了利用粒子群算法对影响光纤激光器激光输出的参数进行协同优化，并编写粒子群优化算法程序实现对激光输出的优化，发现通过多参数协同优化后的激光输出要高于单个变量逐个改变的结果。
本文首先旨在从理论上分析稀土掺杂硫系光纤的激光输出性能及相关影响参数，通过理论计算指出存在的问题及相应解决思路。其次制备Pr3+掺杂的Ge-As-Ga-Se玻璃及光纤，通过测试分析样品参数为光纤激光理论分析提供切实可靠的数据来源。在对样品跃迁特性及各能级寿命分析后，发现激光泵浦能级寿命比较长，向下跃迁到激光上能级的过程存在较大能量损失。因此，在光纤激光器结构中采用双波长级联方式，通过闲频光的受激跃迁作用提高反转粒子数。具体研究内容及研究结果如下：
（1）通过熔融淬冷法，制备了Pr3+掺杂Ge-As-Ga-Se玻璃样品并拉制成光纤，通过吸收光谱测试和中红外荧光光谱测试，得到了样品在0.9～6μm波长范围内的吸收光谱和3.5～5.5μm波长范围内的中红外荧光光谱。根据测试得到的结果，利用Judd-Ofelt等理论，计算了样品中Pr3+离子的自发辐射概率、荧光分支比、寿命、吸收截面和发射截面等参数。
（2）根据Pr3+离子能级结构的特点，采用双波长级联方式的光纤激光器设计，分别推导出在1.55μm和2μm泵浦波长下光纤激光器的速率方程和传播方程，建立数学模型并对其求解，研究了光纤长度、损耗、掺杂浓度和闲频光等对光纤激光器激光输出的影响。发现光纤长度、损耗和掺杂浓度等非线性地影响激光输出，同时双波长级联方式的应用使得闲频光的受激跃迁作用提高反转粒子数，可以有效地提升激光输出。
（3）根据多个参数非线性影响激光输出的情况，提出了利用粒子群算法对影响光纤激光器激光输出的参数进行协同优化，并编写粒子群优化算法程序实现对激光输出的优化，发现通过多参数协同优化后的激光输出要高于单个变量逐个改变的结果。