在高功率光纤激光器中,增益光纤的热效应是限制激光功率提升的重要因素之一。随着光纤激光功率的不断提升,由量子亏损和背景损耗带来的热效应使增益光纤纤芯中的温度急剧升高,而增益光纤中的高温会导致光纤材料的破坏和模式不稳定现象(MI)的发生,严重限制了光纤激光功率的进一步提升。为了提高激光器的输出功率、对增益光纤形成有效的保护、深入研究MI的产生机理,对光纤激光器中增益光纤纤芯的温度进行分布式实时在线测量是非常有必要的。目前,研究人员多利用热电阻、热电偶、热像仪对光纤激光器增益光纤表面的温度进行测量。这类传统的测温方法只能测量增益光纤表面温度,无法反应增益光纤纤芯的真实温度,更不能测量整个光纤长度方向的分布式温度,难以满足高功率光纤激光温度测量的需要。基于此,本文提出利用光频域反射法(OFDR)对光纤激光器增益光纤纤芯的温度进行分布式测量,并在此基础上进行增益光纤温度特性优化的初步探索,主要内容如下:首先,较为全面的分析了现有分布式光纤传感的优缺点,重点介绍了几种可能用于光纤激光器中增益光纤纤芯温度测量的分布式传感方法,通过将光纤激光中的温度测量要求与各种测温方法进行对比,确定了采用OFDR技术测量光纤激光器中增益光纤温度分布的方案。其次,对基于OFDR技术测量增益光纤温度的方法进行了较为详细的理论研究。根据OFDR温度测量的基本原理,分析了影响OFDR测温结果的典型因素、增益光纤的特殊性对OFDR技术测温的干扰,指出通过增大光纤弯曲半径与选取合适的光纤数值孔径可以保证OFDR技术正确测量增益光纤温度。根据光纤激光速率方程、热传导模型和OFDR的基本理论,仿真了光纤放大器中增益光纤的理论温度分布,并对OFDR测量模型进行数值模拟,将模拟测量结果与原始仿真温度进行对比分析,为OFDR技术测量增益光纤温度的实验结果提供参考。再次,基于OFDR技术对光纤放大器中增益光纤的温度测量进行了实验研究。首先在无激光状态下测量了有源光纤中的温度分布,并对OFDR技术测温结果进行标定。搭建了基于主振荡功率放大(MOPA)结构的光纤放大器,并测量了不同输出功率和有无自发辐射(ASE)情况下放大器中增益光纤的温度分布,研究了OFDR技术测量运转状态下激光器中增益光纤温度分布的准确性,为高功率光纤激光器增益光纤的温度测量与监测提供了参考。最后,对光纤激光器中增益光纤温度特性的优化进行了初步探索。研究了梯度掺杂光纤降低增益光纤最高温度与优化增益光纤温度分布的效果,探讨了光纤温度分布的优化对激光器中非线性效应的抑制作用。结果表明,在不改变激光器输出功率的前提下,梯度掺杂光纤能够降低增益光纤的最高温度、优化增益光纤的温度分布,从而降低激光器中的受激布里渊散射(SBS)等非线性效应,是提高光纤激光输出功率的一种可行方法。论文理论和实验研究了基于OFDR的分布式实时在线增益光纤测温方法,并在此基础上对光纤激光器中增益光纤温度特性的优化进行了初步探索。研究结果表明,OFDR技术能够实时在线测量光纤激光器中增益光纤纤芯的温度,光纤的纵向梯度掺杂是提高光纤激光输出功率的可行方法。本文的研究结果为未来高功率光纤激光器中增益光纤的温度测量、非线性效应和MI效应等物理机制的深入研究提供了一定的参考。