随着科学技术的发展，很多现代科学领域的前沿问题都指向了对于微观世界中的基本规律的探索。由于衍射极限的存在，应用传统光学显微镜已经无法清晰分辨出这种微观尺度的细节信息。而应用电子显微镜等非光学显微镜则极易造成样本的损伤，难以对活体样本进行实时观测。在这种情况下，受激辐射损耗(Stimulated Emission Depletion，STED)显微镜的发明给现代科学的发展提供了有力的工具。由于它采用光学方法突破衍射极限的巧妙设计，使得STED显微镜既具有传统光学显微镜非接触性，非破坏性，观测实时性等优点，又可满足很多前沿科学问题对于显微镜分辨本领的要求。STED显微镜在被发明后的短短几十年间就被广泛应用于现代生物学和医学等诸多科学领域的研究中，并于2014年获得了诺贝尔化学奖。
　　目前国内外报导的STED显微镜系统绝大部分是采用空间光调制的方法来实现生成显微镜所需的扫描光束的。由于这种空间光路非常复杂且精密，给显微镜的操作以及调试过程带来了很多的困难。针对STED显微镜系统中对于扫描光束的实际需求，本课题研究了通过特种光纤技术来实现STED环形光束的生成，并直接将STED光束与激发光束进行同轴匹配输出的方法。具体工作包括以下几个方面:
　　首先，通过对三层阶跃型特种光纤的模式理论进行分析，提出当特种光纤中的三层折射率从内到外逐层递减时，通过其中支持的前三阶标量模式间的干涉效应，可以使特种光纤输出环形光束。并针对STED显微镜系统中对扫描光束的具体需求，得出了特种光纤设计参数需满足的一些限制条件。
　　其次，根据所提出的基于模间干涉的特种光纤设计原理，得到了一种能够生成STED显微镜系统中所需扫描光束的特种光纤。实验结果表明，该特种光纤可将入射的波长为633nm的普通激光束转化为环形光束输出，并将入射的波长为475nm的普通激光束转化为具有亮心的光束输出。并且两光束在空间传播过程中能保持严格的同轴性。这种特种光纤生成的环形光束的光场在空间传播过程中可以一直保持良好的环形暗心特性，即使在经过透镜聚焦后，在微米尺度的焦斑中依然能观察到很明显的暗心。基于该特种光纤设计出一套简化的STED显微镜用扫描光束生成系统。
　　再次，设计并得到了另一种能够生成STED显微镜系统中所需扫描光束的三层阶跃型特种光纤。该特种光纤对于波长在某一范围内（至少包括450nm到532nm）的入射光只能支持前两阶标量模的传输。当入射光集中进入内包层而不进入纤芯时，光纤中主要被激发起的只有第二阶标量模，其输出为环形光束。当入射光集中进入纤芯而不进入内包层时，光纤中主要被激发起的只有基模，其输出光束类似高斯型分布。并且对于波长较长（实验验证了633nm）的光和波长较短（实验验证了405nm）的光，即使入射光集中进入内包层而不进入纤芯，其输出也不会是环形光束，而是具有亮心的光束。基于该特种光纤以及其它光纤器件设计了一套全光纤结构的STED显微镜用扫描光束生成系统。
　　最后，针对上述第二种特种光纤在产生环形光束时所需的入射光条件的特殊性问题，进行了在特种光纤上写入长周期光纤光栅(Long Period Fiber Grating，LPFG)来引发光纤基模到第二阶标量模的功率耦合的实验。实验结果表明，在应用写入了LPFG的特种光纤时，对于波长在某一特定范围内的光，即使采用普通的入射条件，也可实现环形光束的输出。而对于波长较长的光，写入LPFG对其输出光场分布形式无明显影响。实验研究了写入LPFG的栅距对特种光纤输出光场分布形式的影响，并分析了该特种光纤由于写入LPFG而引起的光谱中各波长成分的损耗特性。