按照任务书要求，本项目针对一体化高功率掺铥光纤激光器的关键技术开展深入的理论和实验研究工作。在理论研究方面，开展了石英基光纤掺杂物理机制研究，建立了掺杂非晶态二氧化硅的模型，为光敏、高掺杂及数值孔径间的平衡问题的解决奠定了基础；建立了适用于二氧化硅单组分疏松层的热力学模型，为高质量光纤预制棒的制作提供了保证；建立了掺铥光纤激光器速率方程模型和高功率双包层光纤激光器中热效应抑制模型，提出一套通过合理安排抽运方式实现光纤均匀温度分布和较低的最高工作温度并确保斜率效率最大的优化算法。在实验研究方面，研制出模场面积高达3000平方微米的六孔型大模场面积光纤；提出并研制出了一种抗弯曲的大模场面积光子晶体光纤，在弯曲半径30cm时模场面积仍可达为2242平方微米，弯曲敏感角为60度，是目前报道的最好水平；针对光子晶体光纤制作工艺缺陷问题，首次提出了一种基于数字图像处理技术和有限元方法相结合的实时监测模型，对光子晶体光纤工艺参数实现了在线优化，实现了实际光子晶体光纤特性的快速间接测量；在所研制的六角形双包层掺铥光纤上研制出反射率高达98%一体化光纤光栅，进而研制出一体化掺铥光纤激光器，输出功率2.1W，线宽为47pm, M2因子1.1；基于所研制侧漏光子晶体光纤，研制出一种室温可开关可调谐多波长环形光纤激光器，可稳定工作在单波长、双波长及三波长激光输出。 取得的标志性的成果有：（1）基于材料微观特性研究，建立了光纤原材料非晶态二氧化硅的理论分析模型；（2）基于所研制的六角形双包层石英基掺铥光纤，研制出一体化掺铥光纤激光器；（3）提出了可用于2微米波段且能调和大模场面积和单模矛盾的新型抗弯曲大模场面积光子晶体光纤；（4）信号处理技术和有限元法相结合，首次实现了一种光子晶体光纤特性的制作过程监测，并成功研制出多种新结构光子晶体光纤；（5）基于所研制侧漏光子晶体光纤，研制出一种室温可开关可调谐多波长环形光纤激光器。 受本项目资助，发表标注资助论文33篇，其中本领域顶级学术会议论文2篇，SCI检索论文20篇，EI 24篇，ISTP 2篇；申请国家发明专利7项，获授权6项；获国家计算机软件著作权4项。课题组负责人应邀在大型国际会议上做特邀报告3次，在全国大型学术会议上做特邀报告1次；培养毕业博士研究生6人，硕士研究生7人；联合承办国际学术研讨会3次和全国学术研讨会1次。 2100433B

掺铥光纤激光器发射谱覆盖1.5到2.2微米波长段，涵盖两个大气窗口和一个水强吸收带，位于眼安全区，在军事、医疗、无线光通信、工业等领域应用前景广泛，尤其2.0微米段的激光输出可解中红外军用激光泵浦源的燃眉之急。其输出功率和发展速率已超越铒镱共掺光纤激光器，正从百瓦级向千瓦级迈进。本课题根据一体化高功率掺铥光纤激光器的发展需求，从石英基掺杂机理着手，改进MCVD在线掺杂工艺和预制棒处理技术，将石英基掺铥光纤的低损耗区向2微米段延伸；研究不同掺杂元素对光纤特性的影响，通过共掺元素的新方案，解决掺铥光纤中增益、光敏和纤芯数值孔径等多因素的综合平衡问题；针对大模场面积与单模的矛盾，设计新型光子晶体大模场面积单模双包层掺铥光纤；研究一体化光纤光栅的波长控制技术、封装技术，实现高稳定一体化光纤光栅谐振腔；同时在理论和实验两方面开展多路耦合器及热控问题的研究，推动千瓦级高功率掺铥光纤激光器的研究步伐。

基于60GHz毫米波的光纤无线电（ROF）系统是实现何时何地均能传送高速数据和视频信息的最佳候选方案。然而由于60GHz毫米波衰减很大，覆盖范围小，因此将需要大量的基站。然而基于传统方法的60GHz毫米波基站价格昂贵，而且线性度差，严重限制了ROF技术的推广应用。本课题旨在通过对超高速、大饱和输出功率电平的光电探测方法及关键技术的研究，将光纤放大器和高饱和输出功率电平的光电探测二极管相结合，同时采用并联式多光电二极管架构进一步提高其射频输出功率，以获得高功率的60GHz毫米波信号，直接驱动发射天线，实现功耗低、信道宽、结构简单的基站，本项目的研究成果将为实现免维护大容量全光毫米波微微蜂窝基站系统奠定良好的理论和实验基础。

光载无线（ROF）技术是应高速大容量无线通信需求，新兴发展起来的将光纤通信和无线通信相结合的无线接入技术。ROF技术产生了对超高速、大饱和输出功率的光电探测器的需求。本项目面向ROF技术，以单个UTC-PD为基本单元，利用功率合成技术，提出了一种将多个UTC-PD输出进行合成的功率合成电路，研究结果表明，我们提出的合成方法，不仅能提高输出功率，同时能提高工作带宽。研究成果为超高速、大饱和输出功率的光电探测器的研制提供了重要的理论依据。本项目同时研究了马赫-曾德尔调制器的有限消光比对产生的毫米波的影响。 建立了基于单极型马赫-曾德尔调制器采用双边带调制光载波抑制的光生毫米波的实验平台，进行了实验验证。研究了利用低成本的电吸收调制器在单模光纤系统传输多波段正交频分复用（MB-OFDM）超宽带（UWB）信号的性能,以及各种参数如光纤长度、EML的偏压和偏置电流、温度等对在光纤上传输MB-OFDM调制的UWB信号的影响；实验结果表明：用电吸收调制器，能够有效地实现超宽带信号在光纤上的传输。

随着开关功率变换器高频化和高功率密度的发展，磁性元件成为功率变换器进一步发展的瓶颈，其中磁芯损耗的测量和建模成为关键技术难题，也是磁性元件深入研究和优化应用的基础。 项目首先深入分析并揭示了高频磁芯损耗传统交流功率测量方法误差大一致性差的根本原因；提出了新测量方法—直流功率测量法，基本思想是通过一个DC/AC逆变装置将直流逆变为交流作为被测磁元件励磁源，而由直流侧输入功率获得被测磁元件损耗，从而克服了交流功率测量方法误差大的根本问题；进一步建立了逆变装置本身的多参数损耗精确模型，提出采用定标的方法有效扣除逆变装置的杂散损耗；设计研制了DSP控制的磁元件损耗测量的完整系统；为了获得准确的磁元件损耗，提出了比对量热计新方法，并建立了测试装置系统；通过与量热计法的对比，验证了提出的直流功率测量方法的有效性，进一步提出功率差值测量新方法以及施加高、低频复合励磁波形的新方案，可以测量有气隙磁元件的损耗；同时还提出了扣除被测磁元件绕组损耗从而获得磁芯损耗的有效新方法。验证表明，研发的测量装置在被测磁元件阻抗角89度下误差能控制在5%以内。以上各项成果解决了高频磁芯损耗，尤其是高、低频复合励磁下测量磁芯损耗的难题，测试方法和装置有望成为国际和国内标准。 项目在损耗测量研究和成果的基础上，通过大量的各种工况励磁下的测试，分析了包括磁密大小、频率、各种不同占空比PWM波形、直流偏磁以及高低频复合励磁等实际工况下各个因素对磁芯损耗的综合影响，结合磁芯损耗机理研究和分析，提出了新的磁芯损耗计算模型，可以计算磁芯在功率变换器各种复杂励磁工况下的磁芯损耗，与损耗测量结果较好吻合，为磁性元件损耗分析和优化设计提供了理论模型，有助于功率变换器产品效率和功率密度的提高。 成果包括撰写论文7篇，申请发明专利4项，直接培养博士生2名，硕士生4名，促进了磁性元件损耗测量方法的国际国内标准制定，得到国内外知名企业的重视和技术开发应用。