为了改善不同类型光纤熔接时的模场失配, 通过调整普通光纤熔接机的熔接参数, 对模场直径较小的光纤进行加热扩芯, 实现了10/130μm大模场面积双包层光纤和6/125μm单模光纤的低损耗熔接, 光纤耦合效率可达到91%, 并成功应用于自主研发的小型1064nm光纤激光器中。对利用光纤熔接机加热扩芯制作模场适配器进行了理论分析, 并用1064nm光纤激光器测量其实际传输损耗。实验结果表明: 采用普通光纤熔接机, 适当的调整熔接参数, 可以有效地提高大模场面积光纤到单模光纤的耦合效率, 为制作模场适配器提供了一种简单实用的方法。

为了提高大模场面积光纤到单模光纤的耦合效率, 利用加热扩芯的方法, 对单模光纤进行了热扩芯处理, 实现了大模场面积双包层光纤15/130 μm到单模光纤6/125 μm的模式匹配。对进行热扩芯处理的模场匹配器的传输损耗进行了理论分析; 利用自行搭建的中心波长为1 064 nm的激光光源分别测量了商用及自制的模场匹配器的传输损耗。实验结果表明: 采用加热扩芯的方法极大地提高了大模场面积光纤到单模光纤的模场匹配器的模式耦合效率。与商用的模场匹配器相比, 自制的模场匹配器具有更高的耦合效率和运行功率, 其热处理能力更强, 可靠性也更好, 运行功率可以达到100 W; 在进行风冷的情况下, 稳定工作时间累计为120 min, 最终可以获得 73 W的单模光输出, 热处理能力为27 W。模场匹配器性能的提高满足了高功率光纤元器件发展的需要, 有利于实现光纤激光系统的全光纤化。

基于激光器的结构, 实验研究了影响光束质量的因素。搭建了百瓦级全光纤激光器, 在最大泵浦功率为436 W的条件下, 在1 080 nm处获得的激光输出为300 W, 光-光转换效率为69%, 光束质量M2为1.13。实验研究了谐振腔出射的激光光束在传能光纤中传输时径向功率分布的变化, 结果显示: 随着光束在光纤中传输距离的增加, 光纤中的包层光功率呈现出先增加后保持不变的趋势, 因而在传输距离上选择不同的长度对包层光进行剥除, 可以获得不同的光束质量。实验还显示, 在相同的泵浦条件下, 与包层光剥离器设置在腔外相比, 其设置在谐振腔内可获得更高的激光输出功率, 但是光束质量较差。最后, 采用在腔内腔外各加一个包层光剥离器的方法获得了更好的光束质量, 此时M2为1.07。

采用氢氧焰对单模光纤加热的方法制备了热扩芯光纤，利用所制备的热扩芯光纤制作了一种全光纤MZ干涉滤波器.将该MZ滤波器嵌入Sagnac滤波器中，构建了一种新型可调谐Sagnac干涉滤波器，其透射谱由Sagnac干涉与MZ干涉的非相干叠加而成.利用该Sagnac滤波器，搭建了宽带可调谐掺铒光纤激光器.通过调节Sagnac滤波器中的偏振控制器，实现了输出激光的可调谐功能.实验结果表明：激光器的输出波长在1 540.3~1 581.2 nm范围内可调.激光输出谱的平坦度优于2 dB，激光的边模抑制比超过45 dB，而激光的3 dB线宽小于0.1 nm.

加热单模光纤可以增大光纤等效纤芯半径，进而增大单模光纤的模场。根据粒子扩散方程建立了加热扩芯光纤的理论模型，并对其模场特性进行了数值分析。对两种单模光纤进行了加热扩芯技术实验研究，将模场直径增大3倍左右。监测了加热扩芯带来的损耗，实验发现掺杂浓度更高的单模光纤加热扩芯损耗更小。

为了提高光纤和光器件之间的耦合效率，设计了由热扩芯光纤和自聚焦透镜构成的新型热扩芯光纤准直器。理论上分析了热扩芯光纤准直器的基本结构参数与光学特性的关系以及由3种失配导致的耦合插入损耗。研究发现，热扩芯光纤准直器的耦合特性与自聚焦透镜的参数有关，热扩芯光纤准直器在轴向间距和角度偏差上的耦合失配容限明显优于普通光纤准直器，横向位移损耗则高于普通光纤准直器。采用模场半径为15.4 μm的热扩芯光纤与自聚焦常数为0.295 mm-1的自聚焦透镜制备了热扩芯光纤准直器，并对热扩芯光纤准直器因3种失配导致的耦合插入损耗进行了理论和实验比较，结果表明实验数据与理论吻合较好，说明所设计的热扩芯光纤准直器可用于长距离光耦合和旋转连接器件。