过高的纤芯损耗和纤芯折射率非均匀性严重制约了掺稀土光纤在高功率光纤激光器中的应用，提出一种基于液相掺杂的低损耗近等厚芯层掺稀土光纤的工艺方法。结合改良的化学气相沉积（MCVD）溶液掺杂法制备了含有多层疏松层的掺稀土光纤预制棒，理论分析了光纤预制棒缩棒前、后芯层差的变化原理，采用流量递减沉积工艺降低了缩棒后不同芯层之间的厚度差，并通过优化脱水工艺有效降低了多层疏松层中残留水分的含量。实验结果表明：制备的掺稀土光纤在1380 nm波长处的纤芯损耗仅为9.1 dB/km，有效降低了掺稀土光纤的纤芯损耗和折射率非均匀性。

利用改进的化学气相沉积工艺结合溶液掺杂技术制备了高光束质量的25/400 μm双包层掺镱光纤。石英纤芯的掺杂组分为Yb2O3、Al2O3、P2O5,Al2O3有助于降低Yb3+团簇, 增加Yb3+掺杂浓度, P2O5起到降低光子暗化效应的作用。纤芯-包层折射率差为0.001 2, 纤芯的数值孔径为0.06。976 nm波长处的包层吸收系数为2.1 dB/m。构建双向抽运方式的主控振荡器功率放大器结构对增益光纤性能进行测试。实验中, 1 080 nm种子光功率为235 W, 在抽运光总功率为3 706 W时, 实现了最大功率3 243 W激光输出, 斜效率为81.1%, 光束质量因子β为1.7, 未发生受激拉曼散射现象。光纤激光器连续工作1 h, 输出功率未见明显变化。采用相同测试方法及平台对25/400 μm型号的进口光纤进行测试, 对比实验结果表明: 实验中制备的双包层掺镱光纤主要性能指标已接近进口光纤。

采用化学气相沉积结合气相/液相复合掺杂方式制备30/600 μm掺镱双包层光纤, 石英纤芯中的掺杂组分为Yb2O3, Al2O3, P2O5。基于976 nm发光二极管反向抽运方式, 构建全光纤化的主控振荡器功率放大器结构对增益光纤进行测试。实验中, 种子源功率为189 W, 当泵浦总功率为4747 W时, 激光输出功率为4120 W, 放大级光光效率为85%, 3 dB带宽为1.6 nm。激光器连续工作1 h, 激光功率稳定在4100 W, 未发生明显的功率衰退现象。

利用高频CO2激光单侧曝光技术及双芯光纤的非对称性, 设计并制作了一种长周期光纤光栅弯曲矢量传感器.成栅机理分析表明, 光纤边缘处嵌入的纤芯极大地增强了包层中的残余应力, 在CO2激光脉冲曝光时, 残余应力释放作用增强, 光栅质量更高; 同时, 双芯光纤的非对称结构以及CO2激光单侧曝光使得光纤器件对偏振非常敏感, 写制的光纤光栅在1 555.4 nm谐振波长处的偏振相关损耗高达20.8 dB.弯曲传感测试表明, 在0~1.235 m－1曲率范围内, 光纤光栅向+y方向弯曲时, 透射谱谐振峰波长向长波方向漂移, 灵敏度为2.37 nm/m－1; 光纤光栅向－y方向弯曲时, 谐振峰波长向短波方向漂移, 灵敏度为1.80 nm/m－1.该弯曲矢量传感器结构简单, 灵敏度高, 可广泛应用于道路、桥梁等建筑的安全检测.

利用高频CO2激光脉冲写制了倾斜长周期光纤光栅(TLPFG)，运用改造的耦合模理论对基于高频CO2激光脉冲写制的TLPFG进行了理论分析，实验研究了倾斜折射率调制对TLPFG光谱特性的影响，分析了倾斜角度对TLPFG模式耦合特性的影响。实验结果表明,利用高频CO2激光脉冲写制的TLPFG具有新颖的耦合特性，低阶次包层模的耦合系数大于高阶次包层模，倾斜折射率调制不仅可以提高纤芯基模与包层模的耦合系数，还可以激励纤芯基模向高阶包层模式耦合，且随着倾斜角的增大可以明显提高光栅的写制效率。

基于折射率匹配耦合原理，提出并设计了一种新型宽带单偏振单模光子晶体光纤，阐述了工作原理并利用全矢量有限元法对其进行了数值模拟。当中间纤芯和边芯之间空气孔1和2的直径为2.4 μm时，波长在1.26~1.7 μm的范围内，偏振相关损耗大于4.08 dB/m，单偏振单模的带宽高达440 nm；当空气孔1和2的直径为2.6 μm时，在波长1.31 μm处，x偏振模的限制损耗为26.93 dB/m，而y偏振模的限制损耗仅为0.01 dB/m，在波长1.55 μm处，x偏振模的限制损耗为38.66 dB/m，y偏振模的限制损耗仅为0.05 dB/m。这种光子晶体光纤具有高带宽特性，并且在1.31 μm和1.55 μm两个通信窗口存在高相关偏振损耗。

提出栅格周期、光栅长度、级联间距不同的两个长周期光纤光栅级联(CLPG)模型，采用传输矩阵法和耦合模理论对两个长周期光纤光栅级联的光谱特性进行了研究。理论分析表明，级联间距对CLPG透射谱损耗峰的位置影响很小；在一定波长范围内，对特定结构的CLPG，其数值模拟的透射谱为一条直线，出现“光栅透明”现象；依据建立的理论模型，分析并推导出“光栅透明”条件。在CLPG写制实验中，适当调整光栅周期和光栅长度，使其满足“光栅透明”条件，测量光谱显示CLPG透射率几乎为0 dB，实验证明了“光栅透明”现象的存在。

要提高七芯光子晶体光纤激光器的输出功率，必须要增大七芯光子晶体光纤的有效模面积，并且需要纤芯间具有较强的耦合作用，以保证各纤芯输出的光束保持同相位。为了更直观的分析七芯光子晶体光纤的有效模场面积和纤芯间耦合强度的关系，根据七芯光子晶体光纤7个超模的特征，给出了七芯光子晶体光纤耦合长度的一种计算方法。利用多极法和有限差分光束传播法分析了七芯光子晶体光纤的结构对有效模场面积和耦合长度的影响。通过优化七芯光子晶体光纤的结构，设计了一种外层空气孔较大，内层空气孔较小的七芯光子晶体光纤，其有效模场面积高达3703 μm2 ，耦合长度仅为13310 μm。