掺铒光纤激光器的中心波长对人眼安全且带宽较宽,又处在石英玻璃低损耗窗口波段,被大量应用于光纤通信、大气测量、光纤传感等领域。同时,随着人们对测量精度以及雷达分辨率的要求越来越高,窄线宽单纵模掺铒光纤激光器受到了广泛关注。调研发现,目前国内外已经获得了多种窄线宽光纤激光器,但仍存在许多问题。例如,在单纵模光纤激光器设计搭建过程中,针对饱和吸收体光纤参数对饱和吸收体主纵模反射率影响的研究较少。另外,目前光纤激光器常用的线宽优化结构大都比较复杂,技术难度较大。因此,本文通过数值仿真探究饱和吸收体对其主纵模反射率的影响,从而指导单纵模光纤激光器的设计,寻找了一种结构简单、容易实现的线宽优化结构。首先,通过比较不同谐振腔结构上的优缺点,确定了复合环形腔为所设计光纤激光器的基本谐振腔结构。通过对比不同的选模方式,确定了饱和吸收体后接光纤布拉格光栅的方式构成选模包。其次,通过引入第二类Petermann模场半径来定义激光模场半径。仿真分析了滤波器反射率、输出损耗、掺铒光纤长度、掺铒浓度等器件参数对光纤激光器输出特性以及饱吸收体主纵模反射率产生的影响。仿真结果表明,在泵浦功率一定时,滤波器总体反射率越高、输出损耗越小,输出光功率越大。同时,作为饱和吸收体的掺铒光纤长度越短、掺铒浓度越低,其主纵模反射率越大。然后,搭建了中心波长1550±5nm,波长漂移小于±0.01nm,线宽小于3k Hz可以稳定工作的单纵模复合环形掺铒光纤激光器。通过光外差测量系统验证了其工作时的单纵模特性,并对造成输出光功率损耗的原因进行了分析。通过分析可知,光纤的弯曲损耗对光纤激光器输出功率具有较大影响,光纤曲率半径越小,光纤弯曲产生的损耗越高。最后,对光纤激光器的线宽进行了测量及优化。使用声光频移器、延迟光纤、平衡探测器以及频谱仪搭建了延迟自外差线宽测量系统,通过频谱仪测量得到了光纤激光器单纵模运转时的线宽为1.782k Hz。通过一个耦合器以及两个相同型号的环形器搭建了光自注入双腔反馈线宽优化结构,并测量得到了优化后的线宽为1.319k Hz。实验结果表明,光自注入双腔反馈线宽优化结构可以有效压窄线宽,优化效率可达26%。