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光纤中前向Brillouin散射的色散曲线在零波矢处近似平坦,能用于产生梳状频率、光衰减器、锁模光纤激光器和光存储等领域。本文从理论和实验详细分析了125μm标准光纤中的横向声学模和前向Brillouin散射,首次在实验中观察到2km高非线性光纤(HNLF)中前向自发Brillouin散射(GAWBS)和高增益的前向受激Brillouin散射(FSBS)现象；结合新型稀土掺杂光纤的研制,提出了一种多偏振控制全光纤Sagnac环滤波器件。主要取得的成果如下：1.建立了横向声学振动模、极化GAWBS和去极化GAWBS散射的散射效率分析模型,首次在2km HNLF中分别观察到散射很大的极化GAWBS和去极化GAWBS光谱,散射效率和散射频率与理论计算完全一致。2.建立了标准光纤中前向受激类拉曼Brillouin散射(SRLS)和前向受激去极化Brillouin散射(SIPS)的增益和振幅分析模型。模型考虑了所有声学振动模式的存在,揭示了Kerr非线性效应对SRLS增益的大小和线型影响,由于Kerr非线性效应的存在,斯托克斯光和反斯托克斯光的增益变大、线宽变宽；增益谱失去了洛仑兹线型；增益的峰值频率偏离中心频率,向低频处移动。3.首次观察到2km标准HNLF中,频率范围从425MHz到1.1GHz的SRLS增益谱,当输入泵浦光8mW时增益峰值出现在振动频率933.8MHz处,增益因子34.7W-1,比Kang等人在Nature Physics上报道的实验值高三倍。揭示了振动模线宽的产生机制,以及注入泵浦光、斯托克斯光和反斯托克斯光的初始相位对SRLS增益的影响。4.提出一种包含多偏振控制的Sagnac环滤波器件,建立多级Jones矩阵分析法对透射输出特性进行分析。多偏振控制Sagnac具有波长间隔可调和边频抑制等优点；透射谱的偏振可调性随偏振控制级数的增加而增强,实验结果与理论研究一致。5.研制了一种新型的高性能稀土掺杂光纤,并实现了单偏振控制Sagnac环和双偏振控制Sagnac环选频调谐的环形腔掺铒光纤激光器。实验中调节PC分别得到了单波长、双波长和多波长激光输出。单偏振控制下得到了输出斜率效率为20%,3dB线宽0.016nm,30dB线宽0.097nm,边模抑制比(SMSR)40dB左右的稳定激光输出。双偏振控制下的3dB和30dB线宽小于0.03nm和0.06nm,室温下30分钟内峰值波长和功率波动小于0.05nm和0.1dB,激光输出的边模抑制比单偏振控制的情况提高了近5dB。