摘要：随着信息社会的快速发展,对于各种光学系统的特性要求也越来越高。当光功率升高,通常情况下光纤中的非线性效应也随之升高。对于许多需要传输高功率的光学系统,如光纤激光器、光纤放大器等而言,非线性效应是限制提升功率的主要原因。由于非线性效应与光纤的有效模场面积成反比,所以适当地提高光纤模场面积进而减小非线性效应是实际中一般采用的方法之一。研究发现,平顶基模光纤具有比普通光纤大得多的基模有效面积。另外,由于光纤中两个偏振态的传输常数相差不大,很容易发生偏振模耦合,因此外界微小的扰动就能改变光纤中信号的偏振状态。对于那些对偏振态十分敏感的光纤系统,如光纤传感器、光纤激光器等,它们对偏振态有很严格的要求,往往偏振态的某些小小的随机扰动就能导致系统的不稳定,从而严重影响系统的性能。单模单偏振光纤通过对光纤结构的精细设计引入足够高的双折射达到分离两个偏振态的目的,然后利用不同的截止机制来排除不需要的偏振态。由于单模单偏振光纤中只传输一种偏振状态同时具有很高的稳定性,引起了人们很大的兴趣。本文结合平顶基模光纤和单模单偏振光纤的特点,提出了一种基模功率分布平坦、有效模场面积大、非线性效应弱、偏振态稳定性强、结构简单的平顶基模单模单偏振光纤,即是在普通光纤的纤芯中引入一个折射率凹陷,并在包层中对称地引入两个带有椭圆空气孔的纤芯,这种结构上的不对称用于引入双折射。本文重点研究了基于平顶基模单模单偏振的光纤激光器和光纤耦合器的特性。本文首先基于有限元法和速率方程对平顶基模单模单偏振光纤激光器的特性进行研究,发现在合适的参数设计下,×偏振基模较其他模式而言在单模单偏振平顶基模光纤激光器中的有源纤芯部分具有最多的能量分布,能够获得最大的泵浦能量和增益。因此,×方向偏振基模能够在模式竞争中占主导地位,可以在不使用其他模式选择机制的情况下实现单模单偏振输出。然后,基于有限差分矢量光束传输法对单模单偏振平顶基模光纤耦合器的偏振模式耦合、单偏振特性进行研究。研究发现,单模单偏振平顶基模光纤的纤芯中X偏振基模和Y偏振基模的功率随着传输长度变化而变化,当单模单偏振平顶基模光纤长度为2400μm时,纤芯中X偏振模和Y偏振模的功率之比达到22dB,形成单模单偏振输出。