柱矢量光束,包括径向偏振,角向偏振和混合态偏振光,是指电场在光束横截面上具有轴对称分布的一类空间非均匀偏振光束。这种偏振特性使得柱矢量光束在光学捕获、粒子加速、激光加工、高分辨显示等领域有着显著的应用前景。在普通阶跃光纤的本征解中,LP11的四个简并模：TM01模、TE01模以及HE21e/0分别对应着径向,角向和混合态偏振光,因此利用少模光纤可以有效的激发柱矢量光束。通过将能量从基模耦合到高阶简并模LP11模上,并采用一定偏振控制手段即可实现径向偏振和角向偏振模式的选择输出。本文主要基于光纤模式特性和耦合模理论,分析不同类型少模光纤光栅的特性,并设计了相应的全光纤柱矢量激光器模型,提升在少模光纤内模式转换的效率,同时有效抑制光纤中LP01模成分,实现高偏振纯度的径向偏振和角向偏振光的可调谐输出。本研究课题得到了国家自然科学基金和中央高校基本科研业务费专项资金等项目的资助。本文主要研究内容包括：1.基于均匀布拉格光栅的少模掺镱光纤激光器研究。设计少模掺镱光纤激光器模型,利用少模光纤光栅选择满足位相匹配条件的自发辐射光,使其谐振输出。通过三维速率方程分析不同结构参数,如泵浦功率、掺杂容度、光栅锴振波长等,对少模光纤内模式竞争的影响。利用环形掺杂掺镱光纤或者光学滤波装置实现了对LP01模成分的完全抑制,得到了高纯度柱矢量光束输出,并且有效降低激光器的阈值功率,提升了斜率效率。2.横向非对称折射率分布的少模光纤光栅的研究。分析比较了不同光栅结构内,横向非对称折射率分布对模式的耦合以及耦合效率的影响。基于横向非对称长周期光栅,在普通少模光纤上实现了TE01模与其他简并模在波长上的分离。通过设计三环结构的光纤光栅,使得TM01模、TE01模以及HE21e/0模在光谱上的分离,实现了径向偏振和角向偏振的可调谐输出。3.少模光纤中螺旋光栅的研究。由于HE21e/0模的叠加可以生成高纯度的涡旋光束,基于单面曝光刻写的光栅所具有横向非均匀折射率分布的特点,设计了利用掩模板法刻写螺旋形布拉格光栅的方案。理论分析了少模光纤中布拉格型螺旋光栅的特性,并基于三环结构光纤光栅的特性,设计相应的少模光纤激光器得到了高纯度涡旋光束。本论文的主要创新点：1.建立三维速率方程分析少模掺镱光纤内不同横模场之间的模式竞争,设计利用环形掺杂掺镱光纤或者光学滤波装置的方案,完全抑制了激光器内的基模成分,得到高纯度柱矢量光束输出,同时激光器的斜率效率最高可以达到60%。2.通过在普通少模光纤内刻写横向非对称长周期光栅得到了TE01模的单横模输出。设计三环结构的光纤光栅,实现了TM01模、TE01模以及HE21e/0模在光谱上的分离,得到了径向偏振和角向偏振的可调谐输出。3.基于掩模板法,设计了布拉格型螺旋光栅的刻写方案。利用三环结构光纤光栅,在少模光纤中设计了基于布拉格型的螺旋光栅的光纤激光器得到了高纯度涡旋光束,并实现了不同阶次涡旋光束的可调谐输出。