高功率光纤振荡器的结构简单、稳定性好，在工业加工领域有着广泛的应用。2014年以来，全光纤振荡器的输出功率从2 kW迅速提升到4 kW以上。2017年8月，日本滕仓公司报道了输出功率为4 kW的全光纤振荡器。2017年7月，国防科技大学利用全国产且纤芯、内包层直径分别为25 μm和400 μm的大模场光纤光栅，采用单端抽运方式实现了输出功率大于2.7 kW的全光纤振荡器。2018年1月，国防科技大学基于该光纤光栅，并采用双端抽运结构，实现了输出功率大于5.2 kW的全光纤振荡器。

由于单路光纤激光器受非线性效应、热效应、模式不稳定等多种因素的影响, 进一步提升其输出功率存在较大技术挑战。光纤功率合束器可将多个中等功率的光纤激光器进行功率合成, 以获得更高功率的光纤激光输出。国防科技大学于2015年基于自研的、输出光纤为100 μm和50 μm的7×1光纤功率合束器分别实现了大于6 kW的光纤激光合成输出, 又于2016年基于自研的、输出光纤为100 μm 的7×1光纤功率合束器实现了12 kW的光纤激光合成输出, 并实现了长时间的稳定出光, 为国产工业化大功率多模光纤激光的产业化迈出了重要的一步。

光纤激光同带抽运方案具有泵浦亮度高、量子亏损小等优势, 有着巨大的功率提升潜力, 是近年来国际上的研究热点。1018 nm光纤激光可作为高功率掺镱光纤激光器的高效同带抽运源, 但是单个1018 nm光纤激光器输出功率有限, 光束合成是突破这一局限的重要方案。基于19台单模1018 nm光纤激光器和一个19×1光纤功率合束器, 搭建了一套全光纤结构激光合成系统, 实现了5 kW的1018 nm合成激光输出。

光束合成是突破单路激光功率限制、获得高功率激光输出的重要手段。以亮度为判据，对不同光束合成方法的合成效果进行理论研究，给出了激光光束合成效果的预评价方法。分析了亮度、光束质量因子和Strehl比3个描述光束质量的重要参量之间的关系，给出了亮度与Strehl比的关系式，据此得出了相干合成系统与光谱合成系统亮度的定标放大公式，并对两种系统的功率与亮度定标放大能力进行了比较。

受限于非线性效应、热效应、模式不稳定等多种因素, 单路光纤激光的亮度的提升存在较大的技术挑战。相干偏振合成技术有望克服单路光纤激光亮度提升瓶颈, 实现更高亮度的激光输出。理论上, 随着合成路数的增加, 相干偏振合成技术可实现亮度的成倍提升。然而, 该合成技术对光源特性(模式、偏振、谱线)、合成元件特性(动态抖动、热像差)、相位控制系统锁相残差等因素均提出了严格要求, 研制难度大。

全光纤激光振荡器具有结构简单、稳定性好、成本低廉等优点, 是目前光纤激光器工业市场中使用较多的一类激光器。2014年, 芬兰CoreLase公司推出了输出功率为2 kW的全光纤激光振荡器; 同年, 美国相干公司基于空间结构实现了输出功率为3 kW的全光纤激光振荡器; 2015年和2016年, 国防科技大学基于单端和双端抽运方案分别实现了输出功率为2 kW和2.5 kW的全光纤激光振荡器。由于受热效应、非线性效应和模式不稳定效应的限制, 基于振荡器结构的全光纤激光器的输出功率都不大于3 kW。2016年7月, 国防科技大学实现了输出功率为2.5 kW的全光纤激光振荡器, 其输出光谱的受激拉曼散射(SRS)光谱较强, 约为20 dB。

线偏振窄线宽光纤放大器在非线性频率变换和光束合成等领域有着广泛的应用。目前，非线偏振窄线宽光纤放大器的输出功率已经突破4 kW。相对于非保偏光纤，保偏光纤中的非线性效应更强，且模式不稳定（TMI）阈值更低。因此，基于保偏光纤实现高功率全光纤线偏振激光输出更具挑战性。目前，国际上公开报道的全光纤线偏振窄线宽放大器的输出功率大多为1.5 kW左右。2015年11月，国防科技大学利用三级级联相位调制方案，实现了1.89 kW的线偏振窄线宽激光输出，但是由于TMI的存在，输出功率的进一步提升受到限制。