本文主要内容包括：第一部分介绍了光纤激光器的一些基本原理，包括双包层光纤激光器的关键技术、掺杂离子的特性、发展及应用。第二部分分析了、离子的能级系统，推导出速率方程。第三部分通过应用Matlab软件，进行仿真分析，从速率方程出发，对980nm泵浦双包层/共掺光纤激光器的特性进行数值模拟。分析了泵浦光与激光在双包层/共掺光纤中的分布情况，输出功率与泵浦功率的关系，光纤长度及腔镜反射率对激光输出功率的影响。通过数值仿真得到了在一定泵浦功率下光纤的最佳长度，以及输出镜的反射率和激光散射损耗系数与光纤激光器输出功率的关系。第四部分介绍、离子掺杂浓度的变化对激光器的影响并对其进行优化设计，即在铒离子中加入镱离子，抑制因浓度猝灭造成降低转化效率的现象，同时增大铒离子的掺杂浓度而不使其发生浓度猝灭是完全可行的。

信息时代的发展需要建立传输速率快、信息量大、覆盖范围广的通信网络系统。采用波长极短的光波进行空间卫星通信，是实现高码率通信的最佳方案，甚至被认为是唯一手段，随着密集波分复用(DWDM)技术的快速发展，提升了光源对能量的要求，在未来的光通信中，千瓦级以上功率的激光器将被广泛使用。目前共掺双包层光纤激光器产生的1550nm激光在近距离传感技术，如遥感、保安、光存储、激光打印等高技术军事及民用领域方面具有潜在而广泛的应用。此外共掺双包层光纤激光器还将在外科、眼科、皮肤科、层析成像等医学领域具有重要的应用价值。因此研究共掺双包层光纤激光器的特性具有重要的实际意义。

腔镜反射率与输出功率的关系

图3-7、图3-8、图3-9和图3-10是泵浦初始功率=20W，光纤长度L为20m时，前向泵浦，，与输出功率的关系。

图3-7给出了L=20m，=0.98，泵浦功率为20W，从0.1递增到1时，激光功率随前腔镜对激光反射率变化的关系曲线，可以看出：激光功率随反射率R1增加将单调上升。因为前腔镜反射率的增加会使反向的信号光功率和反向的泵浦功率更多的反射转化为输出功率。

图3-8给出了L=20m，=0.98，泵浦功率分别为16W，11W，6W，1W时输出功率随后腔镜对激光反射率变化的关系曲线，可以看出：输出功率随反射率增加将单调上升。并且泵浦功率越大，前腔镜反射率对输出功率的影响就越大。泵浦功率很小时，前腔镜反射率对输出功率几乎没有影响。

本文通过对共掺双包层光纤激光器的数值模拟，可以得到以下结论：

(1)光纤长度改变时，泵浦光功率沿光纤基本成同一函数分布。

(2)当光纤长度在小于某一范围内变化时，正向传播的激光功率沿光纤轴向分布变化明显。当光纤长度大于某一范围后，激光增益达到饱和，以后激光的分布情况基本不变。

(3)在后腔镜对激光反射率不变的情况下，随后腔镜对泵浦光反射率的增加，激光输出功率将逐渐增大。

(4)激光功率随反射率增加单调下降，随的增加单调增加，为了获得较大功率输出，应选择较低的输出镜反射率和很高的输入镜反射率。

(5)激光的散射损耗系数越大时，输出功率随着光纤长度的增大而衰减很快。

(6)铒镱离子上能级粒子数沿光纤方向上，镱离子上能级粒子数逐渐降低，因为其需要释放能量对铒离子进行泵浦；铒离子上能级粒子数呈下降的趋势，不断释放能量发射激光。

(7)在铒中加入镱离子来抑制因浓度猝灭造成降低转化效率的现象，同时增大铒离子的掺杂浓度而不使其发生浓度猝灭是完全可行的。