随机激光器自其被提出以来就以其背后丰富的物理原理吸引了众多学者的研究目光。另一方面,因为激光泵浦技术和光纤技术的发展,光纤激光器在固体激光器领域地位愈发凸显,在光纤传感、光纤通信与工业加工领域前景广阔。而在2010年,英国Aston大学Turitsyn教授等人首次提出基于标准通信光纤的随机分布式反馈光纤激光器,自此,随机光纤激光器正式成为随机激光器和光纤激光器的一个分支,开始吸引学界目光。可以看到,随机光纤激光器诞生历史并不长,诸多理论还并不完善,因此本文找准切入点,主要着眼于低阈值、高效率的线性输出随机光纤激光器研究,从理论和实验上系统研究了该类型随机光纤激光器的结构和性能,发展了从一阶到高阶的该类型随机光纤激光器完备的理论和结构。借鉴其结构设计,本文还优化实现了一种新型的高精度、长距离互相关型OTDR。具体而言,本文基于稳态功率平衡模型,发展了一阶低阈值、高效率线性输出随机光纤激光器的构建方法,并通过理论分析,揭示了这种结构下产生高效率随机光纤激光器的机理。理论分析表明,反馈点的位置、泵浦波长选择和光纤腔体长度对于实现低阈值、高效率线性输出随机光纤激光器至关重要。对比这些重要参数,本文选择5km光纤和1090nm泵浦源进行实验验证。最终实验实现一个低阈值(2W)、高功率(10W泵浦7.13W输出)、高效率(超过90%斜效率),工作波长为1145nm的线性输出随机光纤激光器。进一步的,本文在一阶输出成果上发展了高阶的线性输出随机光纤激光器。在构建高阶线性输出随机光纤激光器的过程中,本文借鉴已有的随机光纤激光器对于点式反射镜反射率敏感范围的研究成果,提出利用菲涅尔反射代替传统点式反射镜的方法,成功实现高阶的线性随机激光输出。本文同时还考察了此种激光器的功率分布、光转换效率以及其他关键特性,为设计一个该类型随机光纤激光器提供了理论指导,特别是在实现特定输出功率时,为如何设计具有最高转换效率的该类型随机光纤激光器提供了必要的信息。实验验证的该类型二阶随机激光器其输出斜效率达到48.8%,实现的最大输出功率为~2W(受限于8.75W泵浦功率)。最重要的是其线性输出特性在许多不同的应用场合中也更受青睐。最后,本文借鉴随机光纤激光器的构建方法,实现了一个全光纤的超宽带混沌源,并基于该混沌源实现了一种高精度、长距离的互相关型OTDR。在这一过程中,本文详细分析了限制互相关型OTDR传感性能的关键因素。提高系统的光信噪比是解决这一问题的关键,本文据此提出分布式拉曼放大的方法和增加采样时间这两个可行的方法。最后,基于这两种方法,本文成功实现了厘米量级空间分辨率,超过100km光纤断点定位监测的互相关型OTDR。本文所做的关于线性输出随机光纤激光器的研究对于丰富随机光纤激光器的理论具有重要意义;关于随机光纤激光器的应用探索则有助于实现随机光纤激光器的进一步实际应用。