当前高功率光纤激光放大系统中,基于振荡器的常规种子源存在时域不稳定的现象,进而导致激光的高峰值功率并降低非线性效应阈值,限制系统功率的进一步提升。随机光纤激光器作为一种结构简单、时域稳定的新型光纤激光器,有望成为种子源时域不稳的解决方案。本文以随机光纤激光器为研究对象,分析其在功率提升和光场调控上的实现方式与应用潜力。随机光纤激光器利用长距离被动光纤中的拉曼增益和随机分布式反馈,具有结构简单、转换效率高、光谱平滑、时域稳定等显著特点。本文基于激光速率方程,确定合适的边界条件并考虑瑞利散射的影响,构建随机光纤激光器的理论模型。首先,基于构建的理论模型,通过数值模拟计算随机光纤激光器受光纤长度、端面反馈等因素影响的激光阈值特性;同时考虑二阶拉曼斯托克斯光的阈值,计算不同光纤长度下随机光纤激光器前、后向输出的最高功率与光学转换效率。其次,修改边界条件建立半腔结构的随机光纤激光器理论模型,研究半腔结构设计对激光阈值和沿光纤功率分布的影响。计算结果表明,半腔结构的随机光纤激光器可以有效降低出光阈值,并且将前、后向传输的随机激光集合起来实现单端的高功率、高效率输出。最后,着重对短腔的随机光纤激光器进行数值模拟,发现减小光纤长度是继续提升随机激光器最高输出功率的直接方案,并且短腔模型的阈值对寄生反馈尤其敏感。以上的理论分析与数值计算结果表明,构成半腔结构的短腔随机光纤激光器是获得高功率、高效率随机光纤激光输出的理想方案。对实现随机光纤激光功率提升的方案进行了实验研究。首先基于数值计算结果设计短腔随机光纤激光器系统,采用120 m被动光纤与半腔结构,获得近200 W1173 nm的随机光纤激光输出,光学转换效率约89%,功率和效率均为已公开报道的国际最高水平。其次,构建1070 nm波段的随机光纤激光器实验系统,通过对比时域和频域特征分析其噪声滤波特性,验证泵浦噪声被有效滤除的随机激光发射过程并获得时域稳定的激光输出,首次实现随机光纤激光工作波长与掺镱光纤放大器的增益谱相匹配。最后,利用构建的1070 nm随机光纤激光器作为时域稳定的种子源,基于MOPA结构的掺镱光纤放大器进行千瓦级的功率放大,功率放大的过程中未观察到光谱展宽现象,最终实现1030 W半高全宽约1 nm的激光输出,放大过程中斜率效率约为79.7%。该高功率放大过程中的光谱不展宽(spectral-broadening-free)现象为高功率窄线宽激光以及光谱合成等方面的研究提供了重要参考。对随机光纤激光器光谱、模式的调控技术进行了实验探索。基于可调谐滤波器和保偏光纤环形镜,设计实现分别具有可调谐和多波长光谱特性的随机光纤激光器系统,获得的可调谐和多波长光谱均具有数十纳米的宽光谱范围和较高的信噪比。基于少模光纤布拉格光栅和随机分布式反馈,并利用错芯熔接方式激发高阶模,获得空间模式可调的随机分布式反馈光纤激光输出;另外通过全保偏的随机光纤激光器结构设计和光纤弯曲缠绕的偏振模选择技术,国际上首次实现线偏振的随机光纤激光输出。