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高功率连续光纤激光器或超短脉冲光纤激光器的功率或能量的提升,在很大程度上受制于所采用的大模场光纤性能。本课题针对高功率激光应用的微结构光纤技术进行研究。首先介绍了目前市面上常见的几类特种光纤,进而围绕微结构光纤介绍了其历史发展、种类与特性、导光机制、制造工艺等,同时也介绍了作者在微结构光纤研究上的一般性结果。然后重点针对带隙型微结构光纤、微结构非线性光纤、超大模场微结构全固光纤,对其设计、制备、性能表征及应用进行了深入的研究分析。具体研究内容如下:(1)围绕简化的空芯光子晶体光纤以及全固体的布拉格光纤,阐述其理论设计和实验研究。实际制备出了纤芯直径达32μm的简化空芯光纤与纤芯直径28μm的全固布拉格光纤。测试显示简化空芯光纤出现了三个较宽的通带,其中一阶通带最大的达到600nm。而且在可见光波段,该光纤的高斯光束远场输出特征表明其较好的单模特性。(2)针对高功率超连续激光应用,设计了零色散波长位于1000～1080nm波段,且实现平坦的同相位超模输出的七芯微结构光纤。进而制造了一种七芯的微结构非线性光纤,光束质量测试显示为M2～1.05。皮秒光纤激光的平均功率为141.6 W,泵浦了一根七芯PCF,最终获得的平均功率输出达到104.2 W、超连续谱输出覆盖范围从750至1700 nm以上。另外实现一种常见的单芯微结构非线性光纤的拉丝塔在线拉锥实验,实际制取了一段长达500m的锥形光纤,微结构保持十分完好。同时对其超连续展宽进行了实验研究。(3)提出一种全新设计的超大模场掺镱全固微结构光纤的实现方法,并实际制备出了这种全固微结构光纤。微结构包层的点阵由一些列密堆积方式排列的掺氟石英单元构成,背景材料为高纯石英材料。本研究证实,可以通过调节包层掺杂点阵的填充率以及包层掺杂的浓度,精确地实现低至1×10-5的折射率变化,这种技术我们称之为无源掺杂包层技术,简称PDC(passively doped cladding,PDC)。实验中利用同一根预制棒拉制了两根纤芯直径分别为50μm和127μm的超大模场光纤。测试显示50μm纤芯的超大模场光纤可始终在1064nm波长保持优异的输出光束质量,相应地,127μm纤芯光纤要求在有源工作状态下、借助模式优化技术则可实现单模输出。实验证实了我们的设计行之有效,这将对高功率激光功率的提升提供有效的超大模场光纤技术手段。