柱矢量光束(Cylindrical vector beam，CVB)是光场偏振调制的产物，区别于传统线偏振和圆偏振光束的横向均匀偏振分布，其横向截面的偏振分布呈现中心对称分布，由于中心存在偏振奇点，因此柱矢量光束中心强度为零，其强度分布呈现“甜甜圈”型。基于柱矢量光束独特的聚焦特性和柱对称偏振分布，其在光镊、超分辨显微成像、表面等离子体激发和激光加工等领域有着巨大的应用潜力及应用价值，受上述应用的牵引，柱矢量光束的生成方法受到了越来越多的关注，尤其是在全光纤结构中的生成方法。但是鉴于目前CVB光纤激光器多为基模谐振，然后通过模式转化器件实现柱矢量光束输出，由于模式转化器件插入损耗和转化效率的影响，其输出效率和输出功率受限，为了解决上述输出受限的问题，我们提出高阶模式直接谐振方案，并设计拉制了新型结构增益光纤实现了柱矢量光束输出效率的高效提升。
　　本文主要工作和成果如下:
　　1、提出并验证了光纤布拉格光栅的偏振依赖性，我们利用该特性搭建了一种能够实现多波长振荡以及横模可调谐的光纤激光器。在该激光器中，通过调谐激光腔内的偏振控制器，很容易地实现了单波长振荡、双波长振荡和三波长振荡，并且可以对输出模式进行调节。另外，在该激光器中还获得了高纯度的柱矢量光束，其模式纯度均大于97％。
　　2、基于光纤布拉格光栅的偏振依赖性，搭建了高阶模式直接谐振的CVB光纤激光器。另外，设计并拉制了环形掺杂YDF，该光纤中Yb离子在纤芯中呈现环形分布，与柱矢量模式的环形强度分布更加匹配，因此将该光纤应用于CVB光纤激光器中，提升了CVB模式的竞争力和输出效率，激光器输出CVB模式纯度大于93％，中心波长为1054.58nm，30dB线宽为0.13nm，其斜率效率高达53.3％。
　　3、设计并拉制了环形纤芯YDF，并采用该光纤搭建了一个全光纤CVB激光器，首次在全光纤激光器中实现了环形掺杂和环形光束泵浦，其中环形掺杂抑制了基模谐振，提升了CVB模式的竞争力;环形光束泵浦提升了泵浦光与信号光的交叠比例，使泵浦光得到高效的吸收。由于环形纤芯YDF的作用，激光器实现了高阶模式直接运转，而且该激光器输出效率得到了有效提升，获得了纯度为93.2％的径向偏振光束。激光器输出连续激光的中心波长为1055.46nm，30dB线宽为0.14nm，在合适增益光纤长度下，斜率效率高达64.5％。
　　4、提出并搭建了高阶模式直接谐振的调Q CVB光纤激光器，避免了模式转化器件的高插入损耗。该激光器通过一对光纤布拉格光栅使激光腔内实现高阶模式谐振，同时使用二硫化钨作为可饱和吸收体。输出激光中心波长为1055.98nm，30dB线宽小于0.19nm，其斜率效率高达39％，而且脉冲重复频率在44.18kHz到58.16kHz之间调谐。当泵浦功率为92.3mW时，输出脉冲对应的重复频率为44.18kHz，脉宽2.67μs，此时获得最大单脉冲能量为299nJ。另外我们还提出了少模光纤布拉格光栅滤模方案，获得了高纯度的CVB脉冲。
　　5、刻写了超宽转化谱的长周期光纤光栅，在125nm范围内转化效率高于93.7％，采用该长周期光纤光栅在1.0μm波段实现了超快锁模CVB光纤激光器。腔内转化方案采用宽谱反射的镀金跳线头作为输出耦合器，结合长周期光纤光栅作为模式转化器件，输出锁模CVB脉冲的光谱宽度为5nm，脉冲宽度为168ps，模式纯度大于95％;腔外转化方案采用模间干涉锁模机制，将长周期光纤光栅置于腔外进行模式转化，输出了高纯度的锁模CVB脉冲，光谱宽度为10nm，脉冲宽度为420fs。
　　本论文的创新点:
　　1、首次从实验上验证了光纤布拉格光栅的偏振依赖性;基于少模光纤布拉格光栅的偏振依赖性，提出并演示了一种能够实现多波长振荡以及横模可调谐的全少模光纤激光器。
　　2、基于少模光纤布拉格光栅的偏振依赖性搭建了高阶模式直接谐振的CVB光纤激光器，设计并拉制了环形掺杂YDF用于实现柱矢量模式输出效率的提升;更进一步地设计和拉制了环形纤芯YDF，应用该光纤实现了环形掺杂、环形光束泵浦和高阶模式直接谐振，高效地提升了柱矢量光束输出效率。
　　3、提出并搭建了高阶模式直接谐振的调Q CVB光纤激光器，避免了模式选择器件插入损耗和转化效率的限制，实现了调Q CVB脉冲输出效率的提升;另外提出了少模光纤布拉格光栅滤模方案，用于实现CVB模式提纯。
　　4、利用超宽转化谱长周期光纤光栅和宽谱反射的镀金跳线头解决了锁模CVB光纤激光器中输出光谱宽度和模式转化质量的不可调谐性，获得了宽谱高质量的锁模CVB脉冲;另外采用腔外转化方案，在1.0μm波段获得了高质量的fs级锁模CVB脉冲。