窄线宽光纤激光器在超远距离传感和高精度光谱方面有广泛的应用。特别是作为光纤激光传感器，它具有对电磁场的抗干扰、安全、体积小、可远程控制等特性，并且由于它的高灵敏度以及利用WDM技术实现多路传输，在军事上也有很大的应用潜力。本文针对新型结构的环形腔和线形腔掺Er³⁺窄线宽光纤激光器的选模器件、腔形设计、测量方法等相关问题，展开相应的理论与实验研究。论文的主要工作包括：1．概述了激光器的线宽理论。对延迟自外差／零差激光线宽测量方法进行了误差分析。讨论了相干因子、延迟光纤倍数、以及延迟光纤长度对延迟自零差线宽测量结果的影响。讨论了延迟光纤倍数、以及延迟光纤长度对延迟自外差线宽测量结果的影响。并分析了最小二乘曲线拟合谱线的线宽对测量线宽的影响。采用延迟自外差方法测量了一只DFB半导体激光器的线宽。2．对掺Er³⁺窄线宽光纤激光器的进行了理论分析。分别讨论了掺Er³⁺光纤激光器的输出特性以及窄线宽光纤激光器的设计方案。并利用光纤光栅法布里-珀罗标准具理论，分析了光纤光栅标准具随腔长变化的性质、光纤光栅标准具随光栅反射率变化的性质。3．进行了以光纤光栅法布里-珀罗标准具为外腔选模器件的环形腔单频光纤激光器实验研究。使用光纤环行器的环形腔光纤激光器获得9.2mW的激光输出，斜效率约为7％，输出激光3dB线宽为0.01nm，信噪比为50dB。在光纤耦合器结构的环形腔光纤激光器中得到输出单频光功率为42mW，斜率效率为33％。分析了两种方案输出特性不一致的原因。4．进行了1535nm线型腔光纤激光器实验研究，以布拉格波长为1535nm的光纤光栅F-P标准具为选模器件，使用了全光纤结构的法拉第旋转器来抑制空间烧孔效应。激光器阈值抽运光功率为12mW，最大输出信号光功率为39.5mW，单端最高输出信号光功率为22mW，斜率效率为29.7％。激光器输出中心波长为1534.83nm，光谱稳定，信噪比高。采用15km单模光纤延迟线进行了延迟自外差线宽测量，得到光纤激光器的3dB线宽小于7.5kHz。5．进行了高功率线型腔光纤激光器实验研究。光纤激光器主要由两个中心波长1550nm的光纤光栅F-P标准具（FBG F-P）和高掺Er³⁺光纤线形腔构成，阈值抽运光功率为11mW，输出信号光功率为73mW，斜率效率达55％。激光器输出中心波长为1550nm，光谱稳定，信噪比高。采用10km单模光纤延迟线进行了延迟自外差线宽测量，得到光纤激光器的3dB线宽小于10kHz。6．进行了窄线宽光纤激光器的温度稳定性实验研究。光纤激光器当抽运光功率为200mW时，得到50mW输出信号光功率，激光器斜率效率为27％。采用10km单模光纤延迟线进行了延迟自外差线宽测量，得到光纤激光器的3dB线宽小于10kHz。信噪比为56dB。在温度稳定性实验中，当温度从25℃变化到90℃时，激光器的输出波长变化了1.02nm，光纤光栅的温度灵敏度为0.016nm/℃。在温度变化中，激光器的输出功率略有波动，输出激光波长连续变化，无跳模现象，自外差谱线的3dB带宽的变化小于1kHz。7．系统理论分析光纤饱和吸收体压窄光纤激光器线宽的机理。采用环形行波腔结构，将光纤光栅法布里-珀罗标准具作为主要选模器件，以较短的低损耗光纤饱和吸收体稳频，构造了高效的环形行波腔单频光纤激光器。实验中得到了稳定的单频激光，无跳模现象发生，输出信号光功率为39mW，斜率效率为30％，信噪比大于50dB，测量激光线宽小于10kHz。