高功率窄线宽光纤激光器具有相干长度长、线宽窄、相位噪声低等优异特性,能够产生高光谱纯度、低强度噪声及高光束质量输出。其出色的输出性能主要依赖于具有高稳定性高质量的单纵模（SLM）光纤激光器种子源,并结合主振荡器光功率放大（MOPA）这一可以在保证种子源输出质量的同时进一步对输出功率进行放大的技术,使最终产生的高功率窄线宽激光可以满足工业、军事和科研领域的各种应用。本论文研究工作主要围绕MOPA系统的两个关键方向:高稳定性SLM掺铥光纤激光器（TDFL）种子源的制作及其关键技术,以及对MOPA放大级中非线性效应的研究。设计并搭建高稳定性单波长/多波长可切换SLM TDFL,分析目前出现在MOPA系统放大级较为棘手的非线性效应-横模不稳定（TMI）,以及弯曲光纤引起的模式畸变对TMI造成的影响。取得的主要创新成果如下:1.理论分析了基于光纤耦合器（OC）的复合环腔滤波器工作原理,提出一种针对此类复合环腔结构的数值仿真方法,仿真分析了单OC单环腔及双OC单环腔结构滤波性能,在此基础上进一步提出一种新型双OC双环腔以及三OC双环腔结构,并对输出特性进行了仿真,证实了其选模能力。为后续在TDFL中进行SLM选择奠定基础。2.提出了一种基于级联3×3对称型OC的无源三环复合腔结构的SLM TDFL,利用实验室自制的光纤布拉格光栅（FBG）进行波长选择。实验结果表明,所提出的激光器可以在单波长SLM状态下稳定激射,在2050 nm波段光信噪比（OSNR）约为70 d B,100分钟内波长及功率抖动分别在0.02 nm和0.453 d B以内。3.提出了一种基于级联取样光纤光栅（SFBG）及新型无源复合双环腔结构的六波长可切换SLM TDFL。光纤激光器的波长切换通过偏振依赖损耗（PDL）调制来实现,对SFBG施加轴向应力拉伸实现激光器波长调谐。所搭建SLM TDFL可实现在2050 nm波段的六个可切换单波长输出,各输出波长OSNR分别＞71d B、＞72 d B、＞62 d B、＞65 d B、＞61 d B、＞59 d B。最大光功率和波长波动分别为0.56 d B和0.01 nm。测得其中三个激射波长线宽分别为7.5 k Hz、8.5 k Hz、9.2 k Hz。该激光器还可以运行在九种可切换的双波长激光和两种三波长激光状态,激光器单波长调谐范围为4.83 nm。4.提出了一种五波长可切换SLM TDFL,一个基于FBG的F-P滤波器作为五波长通道滤波器,F-P滤波器各透射通道的波长输出通过应力调节可调FBG实现。除此之外,一个基于2×2 OC的新型级联三环复合腔结构插入激光腔中实现对TDFL的纵模选择并确保各输出波长的SLM运转。所搭建TDFL的五个激光波长在1940 nm波段OSNR均超过50 d B,波长波动小于0.01 nm。每个激光都在稳定的SLM状态下运行,五个输出波长的激光线宽分别为7.69 k Hz、5.38 k Hz、5.13 k Hz、5.16 k Hz、7.92 k Hz。5.数值分析MOPA系统放大级中常用的大模场面积（LMA）阶跃折射率光纤中弯曲光纤导致的模式畸变对TMI效应的影响。仿真了光纤尺寸为20/400μm LMA光纤和25/400μm LMA光纤在不同弯曲半径下的模场分布以及相应的弯曲损耗。根据光纤内各模式的弯曲损耗确定了两种尺寸光纤的弯曲半径范围,分析给定弯曲半径范围内LP01至LP11模式的TMI耦合系数及量子噪声与相对强度噪声泵浦下的TMI阈值。研究结果表明,弯曲光纤导致模场畸变对TMI效应的改善不明显。