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。

同带泵浦是目前实现高功率光纤激光器的主要技术之一。报道了一种自主研制的同带泵浦掺镱双包层光纤，采用改进的化学气相沉积工艺结合液相掺杂工艺，通过纤芯组分设计和制棒工艺优化，提高了高掺杂光纤纤芯折射率的均匀性。基于所研制的47 μm /400 μm光纤搭建了全光纤化主振荡功率放大器，采用同带泵浦方式，实现了高受激拉曼散射(SRS)抑制比的20.88 kW激光输出，中心波长为1080 nm，斜率效率为82.7%。这是目前国产光纤以同带泵浦方式实现的最高功率。

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.

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。

保偏光纤耦合器在**领域和民用市场应用广泛，但是常规保偏光纤耦合器的带宽较窄，不可能完全满足多种光源的使用要求。为了达到更多用户的使用要求，需要研制一种宽带保偏光纤耦合器。根据熔融拉锥型宽带光纤耦合器的原理和光纤电磁理论，对熔融拉锥的工艺进行了改进，结合多年的保偏光纤耦合器的制造经验，并根据试验事实，实现了常规熔融拉锥型宽带保偏光纤耦合器的制作，对产品进行了测试，带宽参数能够满足多种光源的使用要求，完成了预期研究目标。