高阶模式在模分复用光纤通信系统、光纤传感、量子信息等多个领域具有广泛的应用,这使得高阶模式激励引起人们广泛地研究。以模分复用光纤通信系统为例,高阶模式的应用实现J^多个光纤空间模式的并行传输,极大地提高了单根光纤的传输容量。模式的应用以模式的激励为前提,模式的激励为模式的应用提供了保证。论文对多模式同时激励、基于谐振腔的高阶模式激励输出等关键技术进行深入分析、仿真和实验研究。论文以空间光路中模式的转换为基础,提出了了基于多模式相位板的模式激励方法,并对此方法进行仿真和实验验证。论文进一步提出了一种基于谐振腔的按需高阶模式激励方法,搭建起了仿真与实验平台,实现了准确纯净的高阶模式输出。通过使用4模少模光纤,完成输出模式的耦合传输实验。本篇论文的创新点和主要工作如下:1.提出了基于超级像素的多模式同时激励相位板。从空间光路的模式转换理论出发,深入探究基于多模式相位板的多模式同时激励方法。首先,根据空间光路中初始模场与目标模场所对应的相位传递函数,利用超级像素方法对相位设置进行优化,实现了对初始模场的复振幅调制,避免目标模场的幅度损伤。然后,不同目标模式的相位按照.定的方式叠加,形成多模式同时准确激励的相位设置。最后,通过加载多模式相位到纯相位空间光调制器,实现对初始光场的调制,达到多个目标模式同时准确激励的效果。通过仿真和实验,完成LP01模与LP11模同时准确激励的实验目标,验证了多模式同时准确激励的可行性。2.提出了了基于多模式相位板的按需模式激光器。论文提出了 一款按需模式激光器,实现了 1550nm波段按需模式输出。首先,设置目标模式为基模和按需高阶模的多模式相位板,实现环形腔的基模谐振和按需高阶模的输出。然后,搭建起包含增益介质、泵浦系统和环形腔系统的按需激光器实验平台。最后,_通过仿真和实验验证了激光器高阶模式输出的可行性。单模掺铒光纤作为增益介质,提供足够的增益来实现粒子数反转。使用加载多模式市相位板的空间光调制器作为控制器,灵活和实时地实现高阶模式激励、模式实时切换控制。通过匹配初始模场半径与多模式相位板的作用区域半径,提高模式激励的准确性。通过使用半波片与偏振片的组合、多模式相位板的系数调整实现激光器输出模式功率的可调性。通过仿真和实验,达到从LP01模到LP105模的按需高阶模式激励目标。3.完成了激光器输出模式的光纤耦合实验,实现了少模光纤中模式的传输。使用光纤准直器耦合激光器输出的模式进入少模光纤,实现按需模式在少模光纤中传输。由于采用的少模光纤支持4个模式,实现LP01模、LP11模、LP21模和LP02模的光纤传输,验证了激光器的实用性。