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。

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。

实验研究了一种磁流体包覆的光子晶体光纤耦合器, 其分光比可由磁场在线调节。实验结果表明, 耦合器耦合区的尺寸越小, 其分光比随磁场的变化越敏感。在外磁场强度为0~14 mT时, 耦合区尺寸为27 μm的耦合器分光比随磁场强度线性变化的灵敏度为0.0289 mT-1。耦合器耦合区尺寸越小, 环境温度对分光比的影响越强。对于实际应用的耦合器, 应综合考虑分光比的磁场调谐特性及温度响应特性, 选择合适参数的光子晶体光纤耦合器。

建立简单模型,推导了晶体包层型光纤偏振器消光比的表达式,分析了消光比随锥腰直径和晶体包层长度的变化关系.兼顾锥腰光纤强度要求,对偏振器制作参数进行优化分析,并进行相应的实验研究.实验结果表明选择合适参数制作的偏振器,消光比优于30 dB,损耗小于0.5 dB,在-50 ℃~+70 ℃温度范围内消光比变化小于1.5 dB,损耗变化小于0.5 dB,具有很好的温度性能和稳定性.

加热温度是光纤熔融拉锥制造中的关键因素，直接影响器件的性能。为了提高加热区域温度的稳定性和可控性，设计了高压电弧加热装置，并对电弧加热、弧区温度和光纤预热进行了分析。设计了高频高压电源和电极。电源的电流和频率独立可调，采用电压闭环和电流控制确保引弧成功和提高电弧放电电流的稳定性，并分析了其放电过程。建立了弧区温度测量实验平台，采用红外热像仪测量加热中陶瓷棒的温度，得到了弧区温度。通过实验确定了频率、电弧控制电压以及加热距离与弧区温度的关系。通过电弧控制电压和通过加热距离控制电弧加热区的温度。通过计算得到电弧弧区的中心温度可达到1635 ℃，实验测得稳定性为2.37 ℃。建立了细径光纤(直径80 μm)的加热模型，通过有限元的瞬态分析确定了预热时间，经过25 s，光纤加热区达到稳定。

为了便于精确控制熔锥光纤的形状，基于理论与实验研究，首先建立了熔融拉锥过程中熔锥光纤的成形模型，分析了熔锥形成的基本原理，并分别对加热区域不变及线性变化两种情况下熔锥形状进行理论分析，确定了加热区域长度、拉锥距离与熔锥过渡区形状、锥腰长度及半径的关系，最后给出了一系列熔锥光纤的理论形状和实验得到的实际形状。实验结果表明，熔锥的实际测量值与理论值十分接近，相对误差<3.89％。

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。

熔融拉锥工艺是制造光纤耦合器和波分复用器等光纤器件的通用方法，目前普遍采用气体火焰的方式使光纤熔融，由于气体火焰温度场易受环境干扰而不稳定(达到5~30 ℃)，导致了光纤耦合器的光学性能尤其是性能一致性差，使得即使在相同的工艺条件下制造出来的光纤器件其分光比、附加损耗和拉伸长度都很不一样。为解决这一问题提出了一种新的加热方式电加热，重点设计了电加热体的几何结构，研制了相应的温控系统，并通过比例积分微分(PID)控制方法对温度进行控制，实验表明电加热方式获得的温度精度可以达到1 ℃。同火焰加热方式相比，电加热温度场分布均匀，受外界环境的影响小，温度波动范围小，通过电加热熔融拉锥的光纤器件性能和质量都有很大提高。

介绍了全光纤熔融拉锥型3 dB宽带耦合器的理论设计，根据理论设计制作了样品。应用耦合模理论分析了全光纤非对称熔融拉锥型耦合器的宽带特性；提出了3 dB宽带耦合器的制作方案，在此基础上制作了样品；对样品进行测试，样品带宽大约为300 nm(在1300 nm～1600 nm波长之间)，附加损耗小于0．5 dB，完全达到了实用化的要求。

研究了熔融拉锥光纤型波分复用器制备过程中各相关参量对其最小信道间隔的影响。并根据理论模拟的结论设计了新型的熔融拉锥装置,其中加热装置为有较长均匀加热区域的条形加热炉,使熔融拉锥光纤型波分复用器的耦合长度显著加长,改善了传统拉锥方法对这一类型波分复用器可达到的最小信道间隔的限制,得到了初步实验结果,最小信道间隔达到3.01 nm。