随着信息技术的蓬勃发展,光网络容量需求迅速增长,基于波分复用、空分复用等复用技术的光纤通信成为提高网络容量的重要途径。其中,光器件至关重要。光纤激光器和光纤放大器在航空工业、军事国防等领域均有着广泛应用,同时作为光纤通信中的光源及光中继器件受到了诸多关注。随着基于复用技术的光纤通信系统的发展,具有更为灵活精确的光源输出的多波长掺铒光纤激光器（EDFL）成为了新的需求,而用于实现模式增益均衡的少模掺铒光纤放大器（FM-EDFA）的研究也成为行业亟需。因此,本论文在国家科技部重点研发计划课题以及国家自然科学基金等项目的支持下,针对光纤通信系统对高性能光器件的需求,围绕EDFL和EDFA分别在波长及模式维度方面展开了理论分析、仿真及实验。论文的主要创新点如下:1.研究了非线性效应对于多波长EDFL的波长数量、稳定性等输出特性的影响。首先,提出了一种基于四波混频效应（FWM）的可切换多波长EDFL,通过对谐振腔中未引入和引入FWM效应时的实验结果进行对比,发现FWM效应对于波长数量和波长平坦性的提升有较大影响。随后,搭建了基于非线性光学环镜（NOLM）和非线性放大环镜（NALM）的可切换多波长EDFL。两种皆是通过强度相关损耗机制实现对EDFL中的波长竞争的抑制。在其他条件不变的情况下,对比实验结果发现,使用NOLM时波长调谐和数量的切换更灵活,使用NALM时多波长输出的稳定性更佳。2.搭建了基于级联滤波器结构的可调谐多波长EDFL,输出波长可同时获得数量、范围以及波长间隔的调谐。首先,提出了一种基于Lyot滤波器和偏芯少模光纤滤波器级联的多波长EDFL,实验可获得1～7个波长的输出。当输出1～3个波长时,可实现30nm范围内的波长调谐,波长间隔可在特定的偏振状态下调谐。其后,为降低波长间隔调谐的随机性,使用具有两种波长间隔的双阶Sagnac滤波器代替偏芯少模光纤滤波器。当滤波器光谱的波长间隔为2nm时,激光器的输出波长可在30nm范围内进行调谐;当光谱的波长间隔为0.5nm时,激光器输出可获得0.5nm倍数的多种波长间隔。进一步,为实现更加精确的波长间隔调谐,搭建了一种基于锥形光纤的MZI滤波器和Sagnac滤波器级联的多波长EDFL,改变MZI滤波器的拉锥长度,可获得多种精确可控的波长间隔。输出波长数量可灵活切换,且在Sagnac滤波器的作用下波长调谐范围为～15nm。3.研究了基于分层掺杂结构少模掺铒光纤的FM-EDFA,降低了放大后信号的差模增益（DMG）,实现了FM-EDFA的优化。在纤芯分层掺杂的基础上,首先提出了一种基于阶跃折射率少模掺铒光纤的FM-EDFA,当模式增益20d B时,相应的DMG为0.28d B。分析了该光纤制作过程中,纤芯掺杂半径和掺杂浓度的误差对放大器性能的影响。随后,研究了一种基于环芯少模掺铒光纤的FM-EDFA,在降低DMG的同时,通过光纤折射率中心下陷的方法,调整了模式的激发顺序。讨论了基于该增益光纤的FM-EDFA的模式增益和DMG。为进一步减小DMG,光纤的纤芯折射率保持不变,增加包层辅助沟槽,当模式增益20d B时,DMG理论上可减小到0.03d B。4.搭建了一种用于实现模式增益均衡的FM-EDFA,该FM-EDFA为全光纤结构,有利于系统稳定性的提升。所用少模掺铒光纤为分层掺杂结构且添加包层辅助沟槽,使用光子灯笼对信号源的输出信号进行模式转换,获得了LP01、LP11a和LP11b三种模式。采用光纤熔融拉锥系统制作包层泵浦耦合器。实验中改变泵浦功率,对FM-EDFA的模式增益和DMG的变化进行了测量和计算,同时对该FM-EDFA在C波段范围内的输出特性进行了讨论。