掺镱光纤激光器从20世纪60年代诞生以来，已经历了半个世纪的发展。随着光纤制造工艺以及半导体激光器生产技术日益成熟，掺镱光纤激光器在近十年来发展迅速。目前已经在科研、通讯、工业应用以及医疗等领域发挥越来越多的作用。掺镱光纤激光器在向高功率、集成化方向发展中也面临着一些技术和关键器件的挑战。本论文主要对高功率掺镱光纤激光器以及关键器件开展研究。论文工作主要从四方面展开：首先根据速率方程理论对光纤激光器理论模型并对输出特性进行模拟；其次，对20W合束泵浦光纤激光器及其光纤合束器的制备展开研究；然后对300W掺镱双包层光纤激光器展开实验研究，同时解决了小孔光阑的开孔直径和散热问题以及双色镜透过率的热稳定性问题，并且对光纤端面损伤问题进行了分析及提出解决方案。最后，介绍了全光纤激光器实验，并制备了关键器件之一的光纤光栅进行实验研究和分析。本论文工作主要研究内容如下：（1）推导光纤激光器理论模型。从速率方程出发建立光纤激光器系统中激光、泵浦光功率等特性参数的理论模型。并对本论文中使用的掺镱双包层光纤进行理论模拟。（2）系统研究了20W合束泵浦光纤激光器及关键器件。对光纤合束器的制备进行研究，同时实验分析了烽火公司7×1光纤合束器性能。实验数据证明光纤合束器的整体透过率可以达到接近92％，插入损耗0.4dB。实验测试得到掺镱双包层光纤的吸收效率为0.54dB/m，最佳光纤长度在20m左右。采用6合1光纤合束器耦合6个915nm LD，单端泵浦国产掺镱双包层光纤并输出中心波长为1106nm连续激光，最大输出功率达到了20.5w，斜率效率达75%。（3）系统研究了300W掺镱双包层光纤激光器及关键器件。对高功率掺镱光纤激光器实验中的三个关键技术和器件开展研究。一是采用石墨片作为小孔光阑基材，利用其高耐温性和高热导率性能。通过实验确定其开孔直径3mm为最佳；二是通过调整谐振腔损耗解决光纤输入端面损伤问题；三是采用高纯度Zr2O3作为薄膜基材制成具有很高热稳定性的双色镜片，泵浦光透过率在400W以上时仍可达到92%的透过率。因此当泵浦功率最大时光纤激光器系统连续输出功率达到了332W，且能长时间稳定输出，斜率效率为78.5%，阈值功率为7.6W。激光光谱中心波长为1104nm，频谱宽度大约为13.6nm，剩余浦光不足2%。（4）制备和分析光纤光栅并实现全光纤激光器。本论文采用飞秒激光在光纤中刻写光栅的方案，利用相位掩膜法分别在HI1060普通单模光纤和全固态光子带隙光纤中刻写光栅。其中HI1060单模光纤光栅的布拉格波长为分别为1063.93nm和1063.95nm，峰值反射率分别为99.97%和84.76%，谱宽为0.5nm。全固态光子带隙光纤刻写光栅后其透射谱中出现两个透射峰值波长，分别为1538.40nm和1537.12nm，并通过有限元理论进行分析与实验数据相符。另外发现光栅在温度变化时两个透射谱峰值随温度漂移量分别为12.01和12.04pm/℃；随轴向应变的漂移量分别为0.968和0.954pm/με。最后，实验上采用HI1060单模光纤刻写的一对光纤光栅搭建了掺镱全光纤激光器，实现输出激光，波长1064.0215nm，线宽为0.145nm。