光纤随机激光器对于基础激光物理、随机散射和单模窄线宽光纤激光器的研究具有重要的理论意义和应用价值。有效的利用随机激光器的各项优势如结构简单、成本低、窄线宽和低频率噪声等来改进和提升现有光纤激光器的结构和性能,将会对高速大容量光纤通信系统、长距离光纤传感和激光成像等领域的应用研究提供重要的保障。本论文的主要工作是基于掺铒光纤(Erbium-doped fiber, EDF)增益的光纤随机激光器的基础理论和实验研究,主要的研究方向为利用光纤随机激光器的优势提升光纤激光器性能,同时在理论分析和实验过程中,不断深入和完善对于光纤随机激光器本质的认识,大部分工作均处于该领域的前沿。本文的主要研究成果与创新点如下：(1)在对光纤中瑞利散射(Rayleigh scattering, RS)的本质起源和基于瑞利散射光纤随机激光器原理的充分认识和理解的基础上,提出了一种利用增强瑞利散射实现光纤随机激光器的改进方案。在改进的线型激光器结构中仅用500 m光纤作为随机反馈实现了3 dB平均线宽为3.5 kHz的波长可调单模随机激光输出。目前有报道的超短随机激光器中光纤长度为560 m。该反馈光纤由本实验室自行拉制,其前向损耗为0.54 dB/km。(2)针对瑞利光纤随机激光器中大量随机模式增益竞争产生的强度噪声过高的问题,首次提出了一种利用C02激光引入光纤随机折射率调制实现随机反馈的光纤随机激光器方案,实现了消光比为59 dB,3dB平均线宽为2.4 kHz的单模窄线宽激光器,且在1549.722-1550.226 nm范围内波长可调谐。该方案保留了随机反馈特点的同时大大减少了反馈光纤长度和随机模式的数量,一定程度上缓解了随机模式之间的增益竞争,降低了光纤随机激光器的强度噪声。相比于瑞利光纤随机激光器,反馈光纤长度减少至～10 cm左右,相对强度噪声平均降低～20 dB,并且激光器的频率抖动与商用窄线宽光纤激光器为同一数量级。(3)首次采用飞秒微加工技术实现光纤中的随机反馈,制作了单段长度仅为1 cm的随机反馈光纤,随机折射率调制点的间距在10～50μm之间。采用8段不同加工参数制作得到的随机反馈光纤级联的方式实现了～2.1 kHz,消光比为～60 dB的单模激光输出。激光器的频率噪声在1 kHz以上时为～1 Hz/Hz1/2,Allen方差为-1.8×10-12。该方法因为在选模原理上的差异,完全不同于传统方式的单纵模激光器。同时该方案兼顾光纤随机激光器的频率噪声和强度噪声,与采用稳频电路的商用光纤激光器相比,各项参数基本持平甚至优于商用光纤激光器,同时还具有结构简单、成本低等优点。(4)首次提出在光纤随机激光器中利用双折射效应引起的偏振态的随机变化来抑制偏振模式之间的竞争,进而得到单偏振的随机激光输出。实验中通过增加反馈光纤中的双折射实现了对低增益偏振模式的有效抑制,实现了单偏振的随机激光输出。在此基础上,通过抑制部分偏振模式竞争进一步压窄了光纤随机激光器的平均线宽。稳定单偏振状态下光纤随机激光器的3 dB平均线宽达到了线宽测试系统的极限分辨率～2.0 kHz,而实际线宽要小于2 kHz。同时激光器的强度噪声在单偏振输出条件下更低,频率噪声也稳定在较低水平。该工作是首次在光纤随机激光器这一领域对激光器的偏振效应进行研究,并且提出了通过抑制偏振模式竞争的方式压窄光纤随机激光器平均线宽。(5)进一步揭示了瑞利散射随机激光器的本质。一般认为光纤随机激光器是一维随机激光器,但是由于光纤波导中的双折射效应,光纤随机激光器本质上是横向受限的三维随机激光器。首次针对EDF光纤随机激光器建立了一组偏振相关的速率方程,模型充分考虑了随时间变化的随机瑞利散射和光纤中偏振相关的损耗,从本质上揭示了光纤随机激光器的随机输出特性。理论分析和实验结果一致证明模型的准确性。同时,根据光纤随机激光器的随机输出特性,首次提出了利用光纤随机激光器实现保密通信和密码学中的随机数生成,并进行了初步的研究,提出了一种随机数发生器方案。在EDF增益条件下初步实现了2 kbps的准随机序列生成。