各种类型的特种光纤及相关器件已广泛应用于通信、传感、生物医学、材料加工和军工等科技领域。本论文在两项国家“863”项目“通信用特种光纤—稀土掺杂光纤”和“光纤制造新技术及新型光纤—新型特种光纤”以及一项国家自然科学基金重点项目“面向细粒度光路交换信息安全网的光纤器件”的支持下,对普通掺杂光纤的研制及其在DBR激光器的应用、多层芯大模场稀土掺杂单模光纤的分析和研制、双芯掺铒光纤的研制和应用以及色散渐变光纤的研制进行了深入的研究,获得了以下创新成果：1.深入分析了石英玻璃的网络结构,研究了各晶型的二氧化硅之间的转变关系。进而研究了制作稀土掺杂光纤时疏松层的制备,指出了疏松层的质量与反应物的组成及沉积时的温度有关,其中疏松层中孔的“比表面积”是最关键的因素。进一步地分析了铋、镓、铝共掺的掺铒石英基光纤的掺杂浓度与疏松层沉积温度的关系,给出了最佳沉积温度为1560～1600℃。2.采用了新型的“在线”溶液掺杂方式,这种溶液掺杂法较之传统的悬挂浸泡法有节省成本、提高制棒的成功率以及减少工作量等优点。结合了多孔介质的表面物理和流体力学的理论,对稀土溶液掺杂的机理进行了分析。表明了溶液中的离子被疏松层吸附,是伴随在溶液对疏松层的浸湿和渗流的过程当中,并给出了每个阶段可以加强效果的改进方法。3.对自制的掺铒光纤进行氢载操作,实验结果表明退火后的氢载掺铒光纤具有更好的稳定性,并且损耗较小,具有更高的激射光输出效率。利用氢载的掺铒光纤光纤制作了分布布拉格反射（DBR:Distributed Bragg Reflective）光纤激光器,得到了单纵模、双偏振的输出激光,并且间接得到了掺铒光纤的双折射为0.89×10-6。为了实现单纵模、单偏振的输出激光,利用实验室自制的熊猫型保偏光敏掺铒光纤,搭制了物理腔长约为40mm、连同一体化的光栅对,长约130mm的DBR光纤激光器,最终利用电子频谱扫描仪验证了这种光纤激光器运转在单纵模、单偏振的状态下。4.为了制得具有低等效折射率的大模场、高浓度掺杂的稀土掺杂光纤,提出了一种利用多层芯折射率高低交替变化的光纤结构。通过理论验证了这一方案的可行性。实验中,首先研制出了一系列多层芯大模场掺铒单模光纤,有单层掺杂多层芯结构、双层掺杂多层芯结构等光纤。结果表明要想获得高吸收、大模场的掺铒光纤,必须在纤芯的最中心引入掺杂层,提高模式在有源区的功率填充因子,并且还要通过掺氟来降低整个芯区的有效折射率。根据这一指导思想,采用了CCl₂F₂作为掺氟源,并多次实验找到了最佳的通入流量,最后制得了吸收系数为75dB/m@1530nm,且模场直径为14.5μm@1550nm的高吸收、大模场掺铒光纤。5.分析了对称双芯光纤中耦合系数同光纤自身的几何参数、光学参数的变化关系,表明在满足1.5≤V≤2.5,且其他条件固定时,耦合系数C随着信号波长的增大而增大,随着相对折射率差的增大而减小并随着两纤芯的中心到中心的标准化距离增大而减小。同时改良了双芯光纤的制作方法,这种方法制作出的双芯光纤与普通单模光纤熔接后的插入损耗能有效地控制在0.5dB。理论分析了单芯掺杂的双芯掺铒光纤的自动增益均衡特性。进而,利用实验室条件自制了单芯掺铒的双芯掺铒光纤放大器,实验结果表明经过一级放大之后,输入信号5dB的不平坦度降低为3dB,并且小信号还具有25dB的高增益。6.对色散渐减光纤用于光脉冲压缩做了理论分析,指出了在绝热压缩中,其压缩效率取决于DDF光纤始末端的GVD之比。为了提高利用DDF压缩脉冲的效率,实现1550nm波长处的高压缩因子,分析和设计了在1550nm处具有小色散的四包层光纤。并利用自有MCVD设备,经多次实验和改进,成功制作出了在1550nm处色散值为2.1ps/（nm·km）、色散斜率为0.125ps/（nm2·km）的芯径125μm的四包层光纤。最后利用实验室自行设计的专用拉丝设备,拉制了230m长的DDF光纤,其丝径变化为80μm到130μm,对应的色散变化为5.185ps/（nm·km）到0.172ps/（nm·km）。