空芯微结构光纤按照导光原理不同可分为空芯光子带隙光纤和空芯反谐振光纤。在这两种光纤中，空气孔内壁粗糙度导致的散射损耗是其损耗来源之一。在空芯光子带隙光纤中，散射损耗是其损耗的主要原因；在空芯反谐振光纤中，在短波长时散射损耗也是其损耗的重要原因之一。为了降低空芯微结构光纤的散射损耗，需要针对空气孔内壁粗糙度展开深入研究。为此，本文介绍了空芯微结构光纤空气孔内壁粗糙度相关理论、测试技术和抑制方法的研究进展，对相关理论和实验结果进行了总结，对将来需要重点研究的方向提出了建议。

针对人们对特种光纤的不断增长需求，介绍了基于多谐振耦合机理的异质包层(HC)结构全固光子带隙光纤(AS-PBGF)的工作原理，以及该种结构光纤在实现大模场面积、单模运转和低弯曲损耗等特性的优势。从无源光纤和有源光纤角度分类，着重总结并分析了近些年国际上相关课题组对此种结构光纤的研究报道与进展。最后，展望了基于多谐振耦合机理的HC结构AS-PBGF的应用方向。

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.

研究了一种单双波长可切换的线偏振掺镱双包层光纤激光器结构，腔内插入可以绕光轴方向旋转的立方体偏振分束器(PBS)进行偏振控制，实现单双波长的转换。激光谐振腔由高反射率的双色镜和较低反射率（10.2%）的保偏光纤布拉格光栅（PM-FBG）构成；由于保偏光纤光栅的偏振选择反馈作用增强了偏振烧孔效应，通过调节谐振腔内偏振分束器的旋转角度实现了激光的单双波长之间的切换。利用琼斯矩阵理论分析了偏振态与旋转角度的关系，其结果与实验结果吻合。实验中输出激光的双波长为1070.08 nm和1070.39 nm、功率为1 W、激光信噪比为48 dB、斜率效率为34%、3 dB带宽为0.02 nm。利用格兰汤姆孙棱镜对该激光的偏振特性进行了研究: 单波长运转时为线偏振激光，偏振度达13.37 dB；双波长运转时为正交偏振激光。

针对光纤的泵浦耦合问题，对由两片非球面透镜组成的接近1∶1光纤间空间耦合器进行了计算和实验验证.利用高斯光束的变化规律对光路进行了分析研究，并根据二极管输出光相干性不好的特点，对非球面透镜进行了光路追迹的模拟计算.研究发现，在泵浦光波长等因素发生变化时，利用椭球面透镜组成的耦合系统较双曲面透镜有更高的稳定性.实验中选用符合计算结果要求的非球面透镜组成耦合装置,利用一台二极管激光器(尾纤输出端面直径约200 μm，N.A.约0.2)泵浦一段芯径约200 μm(N.A.约0.42)的多模光纤，耦合装置的透过率约95%，在光纤端面有反射的条件下约90%的泵浦光耦合进光纤.

现在高功率光纤激光器和光纤放大器采用的双包层掺杂光纤, 相对于从半导体泵浦激光器发射出的多模泵浦光束的大发散角, 其内包层的直径很小, 因此把泵浦光有效地耦合到双包层掺杂光纤的内包层是一个急需解决的难题。研制一种熔锥型侧面泵浦耦合器, 可以大幅度提高泵浦光功率, 实现增益光纤的多点泵浦, 在双包层光纤放大器中使用良好, 安全稳定, 实现了较高的耦合效率, 达到了70%, 信号光通过率98%, 信号输入与泵浦输入的隔离度大于50 dB, 泵浦输入对输出端反向传输光的隔离度27 dB。通过对比结构紧凑性、耦合效率、系统稳定性等相关指标发现, 熔锥型侧面泵浦耦合器完全可以满足高功率光纤激光器和光纤放大器的使用要求。

采用庞加莱几何表象, 从理论上分析了光纤中的线双折射和圆双折射分别对入射光偏振态的调制规律, 同时研究了这两种双折射同时存在的低双折射旋光纤的双折射特性.根据理论分析的调制规律, 提出了一种基于传统分立光学元件测量旋光纤双折射参量的截断法, 可以仅通过消光比的测量和计算获得旋光纤的线双折射和圆双折射参量, 进而可以通过线双折射参量近似计算差分群时延, 且采用该方法的理论计算值与传统方法的测量值吻合.