单频窄线宽光纤激光器具有输出光谱线宽窄(最高可达到10-9 nm)、结构紧凑、频率噪声低以及超高相干性等优点,因而被广泛的应用于各种各样的社会领域和科学研究中,如相干探测应用中的激光雷达和引力波探测、频率变换以及光束合成等。因而近年来,国内的科研工作者们一直对单频窄线宽光纤激光器的研究非常热衷。本论文主要对1.5μm波段窄线宽单频光纤放大器系统展开了全面的研究。该系统采用主振荡功率放大（MOPA）结构实现单频光纤激光的输出。本文研究中采用了12/130保偏双包层铒镱共掺光纤作为增益光纤,采用了两级双包层光纤放大器和反向off-peak 940 nm泵浦技术方案,减少了1.0μm波段ASE发射和自激振荡,使用高转化效率反向泵浦方案减少增益光纤长度,从而抑制SBS效应。实现了线宽为5 k Hz,单模输出功率达32.6 W的高功率窄线宽单模保偏激光输出,光-光转化效率高达40%,级联光纤放大器的线宽展宽因子为1.1,光谱SNR劣化了2.56 d B,RIN劣化了1.62 d Bc/Hz@1MHz,偏振消光比大于16.1 d B,有效保持了种子源的低噪声、窄线宽特性。该研究成果为相干激光雷达、引力波探测和空间光通信等远距离测量方面提供了技术支持。基于上一工作中对1.5μm波段窄线宽单频光纤放大器系统的研究结合实际应用的需求,本论文对该放大器结构进行进一步拓展,完成对20 W正交双偏振激光放大器的研究。20 W正交双偏振激放大器基于单频窄线光种子调制、主振荡功率放大和偏振非相干合束等技术方案,具体实现方案如下:该光纤放大器以分布反馈式单频半导体激光器为种子源、采用两路光纤放大结构,将两路线偏振光通过光纤放大器放大至11 W,再通过偏振非相干合束的技术,实现高质量且稳定的激光输出。在泵浦功率为55.3 W的情况下,测得输出激光的中心波长为1549.913 nm,20 d B的线宽为117 k Hz,在泵浦功率为55.3 W的情况下,其光谱信噪比SNR>60 d B。该系统于最大输出功率为19.93 W时,在监测端测得只有1.85 n W的反向功率,光-光转换效率为34.9%。同时基于其系统方案成熟,在原有工作的基础上,对激光器的结构、电控系统、热设计同步进行优化,采用先进的工程工艺技术,提高激光系统的稳定性、可靠性和集成性,并完成对其性能的测试。