随着航空航天技术的发展及现代光学系统性能的不断突破,对光学材料双折射的实时在线测量成为新的研究热点。光纤中具有丰富的双折射变化,其双折射测量对提高光纤系统的整体性能至关重要。激光频率分裂双折射测量技术可对多种双折射以及其他外部参数进行测量。传统的激光频率分裂双折射测量技术多基于氦氖激光器,对待测对象透射率有极高要求,限制了可测的样品范围;且难于与光纤等波导系统进行耦合。本论文针对基于光纤激光频率分裂的双折射测量开展工作:对多纵模光纤激光频率分裂机理进行了理论分析及仿真研究;对激光器中不同双折射类型进行了测量;设计构建了不同的系统,对其应用进行了进一步拓展。主要研究内容如下:1、研究了多纵模光纤激光器的频率分裂机理。通过对多纵模激光器纵模正交方向分裂的模式特征进行研究,得到了多纵模频率分裂的频差与相位差关系。结合双折射琼斯矩阵与激光自洽方程,推导了光纤腔双折射叠加模型,消除了无法对轴而产生的非线性误差。研究了多纵模激光器拍频展宽机理。通过模牵引理论,分析了腔内增益曲线对纵模频偏的影响,从而得到了频率分裂产生的拍频在均匀增宽的光纤激光腔中的展宽量,对多纵模激光器中的频率分裂现象用于多种测量产生的系统误差进行了估计。研究了高掺铒浓度的有源光纤中离子对淬灭现象,分析了由离子对淬灭引起的增益不稳定现象。通过仿真分别对不同淬灭浓度与不同淬灭位置的离子对淬灭现象对拍频产生的影响进行仿真,进而解释了丰富的拍频信号频域演化现象。2、实验研究了光纤激光频率分裂法测量插入器件双折射。设计并构建了一种基于1556 nm光纤激光器频率分裂效应的插入双折射及应力测量系统。研究了半外腔频率分裂光纤激光器的输出特征,分别在空腔和腔内加载应力的情况下对谐振腔内偏振模式拍频信号进行测量。实验结果表明在普通单模线型谐振腔中,存在固有应力双折射。该系统在测量时的灵敏度为22060 Pa/nm,线性度为99.44%。利用相同腔型结构的系统,对波片的厚度与其折射率进行了测量。通过拟合获得了待测波片样品的厚度与折射率,得到本征折射率测量误差为10-5。3、对抛磨光纤腔外调制等效双折射测量进行了研究。通过应力平衡模型分析了非对称光纤本征双折射的产生机理。从理论上分析了外界折射率对腔内双折射的非线性调制规律,并结合有限元分析对外调制等效双折射进行了仿真。设计并搭建了抛磨光纤腔外调制等效双折射与外部折射率测量系统。利用抛磨光纤外调制双折射的叠加模型对外调制等效双折射进行了测量。通过实验研究,对该系统的双折射-外部折射率关系进行了标定,对外部折射率测量精度达到8.43×10-5。实验测得了葡萄糖质量分数-折射率曲线及热光系数变化趋势。4、对全光纤扭转腔圆双折射测量进行了研究。对光纤激光器中的圆双折射的产生机理进行了分析。通过光纤微扰理论结合光纤波导耦合模理论,推导了针对弱导光纤在扭转时的模式耦合系数。基于直观求解法结合激光器自洽原理推导了激光器扭转状态下的琼斯矩阵,得到腔内固有线性双折射与圆双折射分离模型。设计并搭建了一套1551 nm波段的全光纤扭转腔圆双折射测量系统。对激光器输出特征进行了研究,并得到了随着扭转角度变化腔内圆双折射的变化曲线。提出了一种扭转-拉伸双参量同步测量方法。研究结果表明扭转与拉伸可通过该系统的拍频与光谱测量解耦。