柱矢量光(CVB),是与偏振均匀的高斯光束不同的光,其电场方向在横截面呈中心对称分布,而且其强度分布呈甜甜圈型,在光束正中心光强为零。柱矢量光在大数值孔径透镜聚焦下有独特的聚焦特性,在激光加工、表面等离子体激发、粒子操控等领域有重要应用,因而引起各国研究者的广泛兴趣,各种柱矢量光的产生方式也被逐渐发掘出来,包括空间和光纤中的主、被动方法。LP11模是弱波导光纤中的标量近似模,包括四种简并模——TE01模、TM01模、HE21even模HE21odd模,他们均为柱矢量光,其中TE01模和TM01模分别对应着角向偏振光和径向偏振光。光纤中的LP11模可以用长周期光栅或者错位耦合来进行激发,然而这种方式不易得到非常纯净的模式输出,因此在输出端加入少模光纤光栅(FMFBG)来对模式进行提取,同时利用偏振控制器可以得到纯净的柱矢量光。在本文中,我们介绍了柱矢量光的数学表达形式、光学特性及产生方法,详细介绍了单模和多模光纤光栅的耦合理论。基于少模光纤光栅、错位熔接点和可饱和吸收体实现了柱矢量光的调Q输出,并且应用柱矢量光和基模光的叠加产生了平顶光束,最后设计了一种大模场面积的环形光纤。本文的主要工作和研究成果如下:1.利用两种可饱和吸收体(Bi2Te3和碳纳米管)与聚乙烯醇(PVA)混合制备了可放置在光纤跳线头中间的可饱和吸收体薄膜,并且将其加入光纤激光器中,搭建了基于错位熔接点和少模光纤光栅的掺铒柱矢量光调Q光纤激光器,实验都得到了纯净的角向偏振光和径向偏振光。其中基于Bi2Te3的激光器脉冲重复频率在31.54 kHz到49.4 kHz之间,脉冲宽度在从5.15微秒到3.71微秒之间,单脉冲能量在102 nJ和124 nJ之间;基于碳纳米管的激光器脉冲的重复频率30.88 kHz到92.75 kHz间,脉冲宽度在3.7到1.2微秒之间,最大单能量为90.14 nJ。2.利用少模光纤光栅和两个单模光纤光栅(SMFBG),搭建了 一个双腔结构的光纤激光器。其中一个单模光栅对应少模光栅基模到基模反射峰,另一个对应少模光纤光栅二阶模到二阶模反射峰,这样激光器可以同时输出柱矢量光和基模光,通过分别调节两个腔的泵浦功率就可以方便的改变两个模式的强度,最终获得平顶光束的输出。该平顶光束归一化均方根和陡峭度分别为0.048和0.872,说明是一个顶部均匀、边缘陡峭的理想平顶光。3.设计了一种大模场面积的环形光纤,并且在光纤的最外侧镀上金属膜,利用光和金属之间的表面等离子体效应,产生对各个偏振模式光的损耗差异,从而实现光纤的模式选择。经过计算仿真,很短的光纤内就可以实现单TE01模式的低损耗输出,而其他模式都被损耗掉。本论文的创新点:1.利用损伤阈值高并且对偏振不敏感的两种可饱和吸收体分别获得了调Q激光器,并且联合错位熔接和少模光纤光栅,在全光纤的情况下实现了高纯度角向偏振光和径向偏振光的调Q输出。2.利用少模光纤光栅和两个单模光纤光栅,搭建了一个双腔激光器,在少模光栅端可以同时获得基模光和柱矢量光,两种光功率可以分别进行调节,而且互相之间不会产生干涉,最终实现了高质量的平顶光束的输出。3.提出了一种新型的大模场光纤设计思路,将光纤纤芯做成环形,并且利用金属表面等离子体效应实现对TE01模式的低损传输,而其他模式的光则很快被损耗掉,形成单TE01模传输。