掺镱光纤激光器和放大器在过去的15年里获得了迅猛发展,但随着光纤系统功率的不断攀升,热管理、非线性效应及光子暗化问题凸显。掺镱光纤作为激光器和放大器的激光增益材料,直接决定了光纤系统的斜率效率、最高功率和光束质量等特性。本论文针对掺镱光纤开展研究工作,从制备技术、测试方法、增益调控到光子暗化抑制,以改进并优化掺镱光纤性能,为实现高性能光纤激光器和放大器提供保障。本文首先介绍了掺稀土光纤制备技术,然后详细阐述和分析了改进的化学气相沉积技术的关键工艺问题。基于该制备技术结合气相和溶液掺杂技术,实现了不同组份石英光纤的制备。对光纤的基本光学及激光性能进行测试,并分析了光纤的可见光发光现象。在热积累方面,基于光纤热力学模型,分析了同带泵浦方式对光纤热积累的影响。验证了泵浦波长越接近激光工作波长,光纤中热量产生越少,越有利于热管理。结合激光器系统模拟分析结果,得出同带泵浦系统最优泵浦波长为1010-1030nm。通过计算分析不同离子共掺杂对光纤特性的影响,提出磷共掺光纤有利于该波长激光产生。通过实验验证了该方案,磷镱共掺光纤激光器实现1018nm激光产生,光光效率约为53%,性噪比大于45dB。在非线性方面,针对空气包层大模场面积掺镱光子晶体光纤进行研究。研制了37芯取代超大模场面积和7芯取代保偏大模场面积掺镱光纤。超大模场面积掺镱光纤的模场面积达～1330μm,包层数值孔径>0.5。采用1m长光纤实现百瓦1064nm连续激光输出,斜率效率78%。保偏大模场面积掺镱光纤最大消光比为～16dB。采用2m长光纤实现1040nm1.39ps2.95W脉冲放大器,4m长光纤实现1080nm8.12W全光纤连续放大器,斜率效率均高于50%。在光子暗化方面,首先分析探讨了光纤光子暗化效应研究方法。通过测试附加损耗谱和荧光衰减谱的途径表征光子暗化效应,并搭建测试装置实现光纤光子暗化性能标定。阐述并分析了若干因素对测试结果的影响,基于测试数据拟合分析光子暗化性能参数,得出了若干可见光波长附加损耗相对1040nm处的线性倍数关系,以及平衡态附加损耗和速率常数与镱离子反转程度的关系。基于色心中心形成机制,探讨了改善光子暗化性能的可能途径,以铈作共掺离子进行低光子暗化效应掺镱光纤研究。通过对制备的系列光纤进行多种性能测试分析,证明了铈为合适的共掺杂剂且最优化的铈镱比为0.4到1。铈镱共掺光纤光子暗化自漂白现象被观测到。由非等温热处理实验结果可知：铈镱共掺光纤附加损耗几乎不随温度升高而增加,全漂白所需最低温度～400℃低于掺镱光纤～550℃。由此推断铈作用使光子暗化效应中间能态几乎消失,铈不仅有效抑制色心形成,而且利于色心恢复。