本论文从理论和实验方面对掺镱双包层多模光纤放大器开展了大量的研究工作,并取得一些重要的成果.论文第一章主要由三部分组成,第一节论述了空间通信的概述、发展、优点和展望,第二节论述了用于空间激光通信中信号光的产生和放大系统的状况,第三节论述了掺镱光纤放大器的工作原理、发展、制备、应用、光纤与泵浦光的耦合方式、系统中常用的器件、特性参量和相关参量测量以及光纤放大器对光纤通信系统的影响.第二章理论上分析了光纤放大器中导模的空间分布,在"弱导波近似"条件下,对阶跃型折射率光纤求解波动方程,推导出各阶LP模横向功率密度归一化分布.将YDFA作为一个简单的二能级系统,利用重叠因子的方法,列出了粒子数速率方程,泵浦光、信号光及自发辐射在光纤中的传播方程;并利用场分布的方法列出了对应的方程组.第三章主要进行了理论方面的创新研究,第一节为引言部分,在第二节中我们首次提出了利用重叠因子和场分布相混合的方法,通过求解相关的方程组,求得多模信号光中基模的重叠因子,然后利用模式间功率分布的关系,分析了掺镱多模光纤放大器的一些重要特性,本作者提出的这种重叠因子和场分布相混合的方法有效的解决了双包层多模掺镱光纤放大器特性的分析.第三节中在一定的近似下,我们推导了掺镱光纤放大器锁模信号光放大所对应的信号光和泵浦光的传输方程,从而分析了锁模信号光经过掺镱光纤放大器输出的一些重要特性.第四节中为了提高光纤的输出功率我们提出了将光纤缠绕到一跑道型物体上,并利用数值分析的方法,模拟了它的特性,结果表明这种方法使得输出功率得到大大的提高,并为工艺的加工和实验操作带来了很大的方便.第五节首次分析了多模弯曲损耗对基模和高阶模的影响,提出了利用弯曲光纤的方法将高阶模滤掉,从而获得更好的输出光束质量,并讨论了数值孔径对弯曲半径的影响,这为既获得高的输出功率又可获得衍射极限的光束提供了重要的参考价值.第六节利用前人对掺铒光纤输出偏振增益研究的理论模型,通过数值模拟的方法分析了不同因素对掺镱光纤放大器输出偏振态增益的影响,并首次分析了信号功率和泵浦功率对掺镱光纤输出偏振态的研究,这对于相干通信来说,是相当重要的.第七节利用我们的实验参数、薛定鄂方程、快速傅立叶的方法对掺镱光纤放大器的非线性效应进行了分析,第八节根据Kramers-Kronig关系,利用前人分析掺铒光纤非线性折射率的模型对掺镱光纤中信号光和泵浦光导致的纤芯折射率的改变进行了详细的数值模拟研究,第四章主要进行了实验方面的研究:第一节为引言部分,第二节首先设计了锁模激光系统和掺镱光纤放大器系统的一些重要参数,根据参数通过相应的机械设计和加工组建了整个系统,报道了用激光二极管(LD)端面泵浦Nd:YVO4激光器的实验结果.第三节利用5米的掺镱光纤得到了20dB左右的增益输出,测量了增益随泵浦和信号源电流变化的数值,并对其它一些重要的参数进行了测量分析,这和理论方面的模拟结果基本是一致的.第四节首先从实验上分析了各因素对掺镱光纤放大器自振谱线的影响,并结合数值模拟提出了有效减小自激功率和移动自激谱线波长位置的方法,为有效降低噪声系数和提高增益系数起到了重要的指导作用.第五节提出利用弯曲光纤的方式来提高光束的输出质量,并用CCD拍摄相应的光束输出图象,为既得到高的输出光功率又可获得高的输出光束质量带来了重要的参考价值.第六节结合理论分析的结果,提出利用聚焦透镜、棱镜和渥拉斯顿偏光棱镜可对光纤输出的斯托克斯分量进行测量,并利用测量结果即可分析光纤输出的偏振态和偏振增益.第五章首先对本论文的创新点做了总结,然后结合国外的研究现状和本课题的研究进展对该课题提出了各种可能开展的方案,为有效提高各指标提供了重要的参考价值.