稀土掺杂石英光纤具有物化性能稳定、机械强度高、易于系统集成等优点，是目前光纤激光器最核心的增益介质，但其稀土掺杂浓度一般较低（<2%）。利用溶胶凝胶法和高温烧结工艺制备了Tm³⁺掺杂浓度为^{8.29×1020 cm-3的高硅氧玻璃，并表征了其光谱性能。采用溶胶镀膜和二次熔融拉锥方法制备了芯径约为4 μm、外径为125 μm的石英光纤，其可与商用无源光纤进行熔接。利用全光纤化线性腔结构，以制备的不同长度掺Tm3+石英光纤作为增益介质，均可实现1947 nm激光输出，光信噪比约为70 dB；当光纤长度为4.6 cm时，斜率效率高达14.1%；同时搭建了掺铥光纤放大器，测得光纤小信号净增益系数为0.48 dB/cm。研究结果表明，该新型光纤制备方法可为高浓度掺铥石英光纤提供新途径，有望推动其在2.0 μm单频及高重频锁模光纤激光器中的应用。}

该文采用泵浦光纤预拉方法得到一款泵浦耦合效率82%, 信号光通过率98%, 信号输入与泵浦输入隔离度33 dB, 泵浦光反向隔离度24 dB的高效熔锥型侧面泵浦耦合器。将该耦合器应用于自制的20 W脉冲激光器, 实现了峰值功率为7 kW的稳定激光输出。研究结果表明, 所研制的熔锥型光纤侧面泵浦耦合器在高功率光纤激光器和光纤放大器中具有很好的应用前景。

该文设计并制作了一种基于熔融拉锥技术的温度和折射率传感器。该结构是将一段单模光纤(SMF)两端级联无芯光纤(NCF), 并通过火焰熔融拉锥技术把中间的单模光纤进行拉锥处理, 从而构成了马赫-曾德尔光纤干涉仪(MZI), 两个无芯光纤分别充当分束器和耦合器。实验研究了该传感器对于温度和折射率的光谱响应特性, 研究表明, 当温度升高时, 透射光谱出现红移现象, 其响应灵敏度为43.96 pm/℃, 线性度为0.990 5。当传感结构置于折射率1.341 6~1.382 32的蔗糖溶液中时, 透射光谱强度随着折射率的增加而变大, 其响应灵敏度为366.68 dB/RIU, 线性度为0.989。

提出了一种基于拉锥七芯光纤的湿度传感器,七芯光纤熔接于两段单模光纤(SMF)的中间,利用氢氧焰拉锥技术对七芯光纤进行熔融拉锥,光纤拉锥后因其激发的包层基模和高阶模之间发生干涉形成马赫-曾德尔干涉仪(MZI)。研究结果表明光纤直径越小,传感结构的折射率灵敏度越高,锥区直径为10 μm时传感结构的灵敏度最高为1123 nm/RIU。将七芯光纤与亲水性材料氧化石墨烯(GO)薄膜结合制得湿度传感器,实验测得湿度灵敏度的最大值为-0.0535 nm/(%RH)。该传感器具有灵敏度高、制备简单、稳定性好的优势,可广泛应用于生物化学传感领域。

光纤拉锥是光纤器件制作中的一项重要技术，为了研究快速往复移动温区熔融拉锥系统中锥区形貌与各拉锥参数的关系，基于体积不变原理，建立了往复运动温区熔融拉锥系统在满足温区运动速度大于光纤拉伸速度条件下的理论模型，详细描绘锥区形貌形成过程，推导出锥区直径、锥区平坦区长度与温区运动次数、温区运动速度、光纤拉伸速度、温区往复运动距离以及温区宽度与光纤初始直径之间的定量关系，并进行验证，实验结果与理论分析一致。

基于倏逝波理论，利用熔融拉锥技术，采用多种光纤，研制出了一种可以用于激光集束的多芯的全光纤器件。这种器件具有插入损耗小和器件芯间平行度高等优点。现已研制成功 19芯和 37芯光纤集束器，插入损耗＜1 dB。这种新型光纤器件为光纤放大网络(FAN)集束提供一体化的阵列集束光纤，提高空间利用率，便于在大规模使用光纤的环境中应用。

通过控制光纤熔融拉锥参数,实现了光纤熔融拉锥后的抗拉强度增强。利用有限元方法进行模拟与仿真,结果表明光纤熔融拉锥后,光纤内应力的大小与光纤熔融拉锥完成后光纤被加热区域的降温时间有关,降温时间越长,内应力越小,且被加热区域边缘处的内应力值明显高于其他区域的内应力值。根据仿真结果设计实验,实验结果表明,当光纤熔融拉锥完成后光纤被加热区域的降温时间为10、600、1200、1500 s时,光纤熔融抗拉强度将逐渐增强。

提出了一种基于并联结构的多模式复用器/解复用器。该多模式复用器/解复用器由一根少模光纤和两根单模光纤构成。根据有效折射率匹配原则确定了光纤参数,仿真分析了不同芯间距对多模式复用器/解复用器性能的影响,得出最佳芯间距。仿真分析了该多模式复用器/解复用器对应的工作波长带宽。结果表明:该多模式复用器/解复用器不需要结合模式转换器即可实现LP₀₁、LP₁₁和LP₀₂三种模式的复用,最佳耦合区长度为4530 μm,工作波长带宽可达60 nm。

利用光纤火焰熔融拉锥法, 制作了一种高灵敏微光纤氨气(NH3)传感器.该传感器将一段长度为10 mm的保偏光纤接入普通单模光纤中, 通过光纤火焰熔融拉锥机将保偏光纤熔融拉伸至直径为8.33 μm制作而成.该结构基于马赫-曾德干涉仪的原理, 利用保偏光纤纤芯模与包层模相互作用实现模间干涉.外界环境中NH3浓度变化时, 细锥区倏逝场发生变化, 通过检测透射谱中波长的漂移, 实现传感器对环境中NH3浓度的测量.实验结果表明, 当NH3 浓度由8 ppm~56 ppm变化时, 透射谱向长波方向移动约5 nm, 且NH3浓度与波长漂移成二次拟合.在NH3浓度为32 ppm~56 ppm变化时, 可将NH3浓度与波长漂移近似看成线性关系, 此时传感器的灵敏度为176.08 pm/ppm.该传感器具有体积小, 制作简单, 灵敏度高等优点, 可用于不同领域的NH3传感测量.

本文使用火焰熔融拉锥的方法，通过控制火焰的高度及拉锥速度，成功制备了具有微拱型渐变区的新型微纳光纤器件。理论计算表明，微拱型渐变区有利于激发出强度相当的高阶微纳光纤传输模式，从而增加了传输光谱中由模间干涉导致的透射谷的深度。实验表明，该新型微纳光纤器件透射谷深度达到18 dB，当轴向应变量增加时，透射谷向短波长方向移动，轴向应变灵敏度为-13.1 pm/με，比光纤光栅应变传感器提高一个数量级，是传统直线型微纳光纤灵敏度的3倍，线性度为99.15%。这种具有微拱型渐变区的微纳光纤器件具有灵敏度高、机械性能好以及便于与现有光纤系统集成等优点。并且结构简单，易于制备，可广泛应用于各种物理、化学和生物传感和探测领域。