大功率全光纤激光器由光纤、泵浦耦合器和光纤光栅等元件组成，具有结构紧凑、性能稳定、转化效率高和光束质量好等优点，在材料加工、激光打标、生物医学、自由空间通信和国防安全等领域有广泛应用。近几年的研究工作主要集中在提高泵浦耦合功率、减小增益光纤的光热损伤和非线性效应，和使用光束合成技术获得较高功率的激光输出方面。本论文主要从大功率全光纤激光器关键器件、大功率全光纤激光器和光纤激光阵列的光束合成三个方面进行了理论和实验方面的研究。首先，在国内首次实验MOPA结构全光纤激光器实现了1000W连续功率输出。实验解决了全光纤元件的熔接、高阶模抑制和热管理方面的难题。激光器的光－光效率为62%，中心波长为1081nm，波谱宽度为2nm。其次，提出腔模互注入相位锁定技术，并使用该技术成功实验两大功率全光纤激光器的相位锁定。激光器阵列获得稳定的干涉条纹，干涉条纹可见度达46%，相干合成功率407W，合成效率高达98%。对2×2全光纤激光器阵列的部分相干合束进行了实验研究，获得925W高功率部分相干合成输出。实验将全光纤激光器阵列分为两组,两组阵列元之间非相干,而组内两光纤激光器使用腔模互注入技术实现相位锁定。激光器阵列由全光纤元件组成，结构紧凑，性能稳定，在输出光束占空比为0.54时，获得BQ值约为1.95的高质量合成光束，实现泵浦光到激光部分相干输出57%的转换效率。此外，还对大功率全光纤激光器的关键器件，包括大模场光纤、大模光纤光栅和大功率泵浦耦合器进行了理论和实验研究。其中，增益引导－折射率反引导光纤是一种新型的大模场光纤。本文基于广义光纤模式耦合理论，对该光纤的耦合特性以及基于这种光纤的激光器增益特性进行了数值模拟和分析。研究结果表明，改变芯径-包层复折射率差实部的值，可改变光在增益引导－折射率反引导光纤和普通折射率引导光纤间的耦合方向。增益引导－折射率反引导光纤激光器在单模运行条件下，光纤长度和输出端腔镜反射率都应有对应的取值范围，一般取较大的光纤长度和较小的输出端腔镜反射率可使激光器获得较大的单模激光输出功率。将一种矩阵算法拓展并应用于数值求解多模耦合模微分方程，并使用该矩阵算法对大模场光纤光栅的光谱特性进行了理论研究。大模场多模光纤光栅因存在模式的自耦合和互耦合而使反射谱存在多个反射峰。当光栅周期存在啁啾时，反射峰会分裂，峰值反射率也会减小。使用高斯切趾函数可使啁啾光栅反射峰的分裂在一定程度上得到改善。在新的泵浦耦合技术方面，对一种同时包含传输芯和增益芯的复合结构光纤的泵浦耦合特性进行了理论分析，并对基于这种复合结构光纤的激光放大器的增益特性和温度分布进行了数值计算和分析。结果表明，复合结构光纤中泵浦光的耦合特性与泵浦光的模式、纤芯半径和纤芯距离等因素有关。与使用端面泵浦技术的光纤激光放大器相比，这种复合结构光纤放大器对泵浦光的吸收和激光转换相对平缓，光纤具有相对低的温度分布。基于这种复合结构光纤的新型泵浦技术为研制超大功率光纤激光（放大）器提供了一种新的途径。