掺镱光纤激光器和放大器在过去的15年里获得了迅猛发展，但随着光纤系统功率的不断攀升，热管理、非线性效应及光子暗化问题凸显。掺镱光纤作为激光器和放大器的激光增益材料，直接决定了光纤系统的斜率效率、最高功率和光束质量等特性。本论文针对掺镱光纤开展研究工作，从制备技术、测试方法、增益调控到光子暗化抑制，以改进并优化掺镱光纤性能，为实现高性能光纤激光器和放大器提供保障。　　本文首先介绍了掺稀土光纤制备技术，然后详细阐述和分析了改进的化学气相沉积技术的关键工艺问题。基于该制备技术结合气相和溶液掺杂技术，实现了不同组份石英光纤的制备。对光纤的基本光学及激光性能进行测试，并分析了光纤的可见光发光现象。　　在热积累方面，基于光纤热力学模型，分析了同带泵浦方式对光纤热积累的影响。验证了泵浦波长越接近激光工作波长，光纤中热量产生越少，越有利于热管理。结合激光器系统模拟分析结果，得出同带泵浦系统最优泵浦波长为1010-1030 nm。通过计算分析不同离子共掺杂对光纤特性的影响，提出磷共掺光纤有利于该波长激光产生。通过实验验证了该方案，磷镱共掺光纤激光器实现1018 nm激光产生，光光效率约为53％，性噪比大于45 dB。　　在非线性方面，针对空气包层大模场面积掺镱光子晶体光纤进行研究。研制了37芯取代超大模场面积和7芯取代保偏大模场面积掺镱光纤。超大模场面积掺镱光纤的模场面积达~1330μm2，包层数值孔径>0.5。采用1 m长光纤实现百瓦1064 nm连续激光输出，斜率效率78％。保偏大模场面积掺镱光纤最大消光比为~16 dB。采用2 m长光纤实现1040 nm1.39 ps2.95 W脉冲放大器，4 m长光纤实现1080 nm8.12 W全光纤连续放大器，斜率效率均高于50％。　　在光子暗化方面，首先分析探讨了光纤光子暗化效应研究方法。通过测试附加损耗谱和荧光衰减谱的途径表征光子暗化效应，并搭建测试装置实现光纤光子暗化性能标定。阐述并分析了若干因素对测试结果的影响，基于测试数据拟合分析光子暗化性能参数，得出了若干可见光波长附加损耗相对1040 nm处的线性倍数关系，以及平衡态附加损耗和速率常数与镱离子反转程度的关系。　　基于色心中心形成机制，探讨了改善光子暗化性能的可能途径，以铈作共掺离子进行低光子暗化效应掺镱光纤研究。通过对制备的系列光纤进行多种性能测试分析，证明了铈为合适的共掺杂剂且最优化的铈镱比为0.4到1。铈镱共掺光纤光子暗化自漂白现象被观测到。由非等温热处理实验结果可知：铈镱共掺光纤附加损耗几乎不随温度升高而增加，全漂白所需最低温度~400℃低于掺镱光纤~550℃。由此推断铈作用使光子暗化效应中间能态几乎消失，铈不仅有效抑制色心形成，而且利于色心恢复。