光纤激光器作为当前常用的光源,已经得到了广泛的研究和应用,但由于受横模模式单一的限制,已不再能满足日益发展的需求。模式复用技术的出现使得通信传输容量的大幅度提高成为可能,实现模式复用技术的核心便是模式转换器件。模式转换器件可以实现不同模式的激励和转换,光纤类的模式转换器件易于与光纤通信系统连接且耦合损耗小,得到了研究人员的广泛关注。本文主要研究了三种少模光纤器件的模式耦合特性及其应用:少模光纤布拉格光栅、二模光纤耦合器和波分复用-模式选择耦合器,并分别将三种少模光纤器件与被动锁模光纤激光器结合起来,实现对被动锁模光纤激光器中的横模模式进行调控,得到柱矢量脉冲激光输出。具体研究内容如下:1.研究了少模光纤布拉格光栅的模式耦合特性,提出并研究了基于少模光纤布拉格光栅的线性腔被动锁模柱矢量光纤激光器。基于光纤光栅衍射理论分析了少模光纤布拉格光栅中的模式耦合,对传播常数与波长的关系进行了仿真,在光栅周期确定的情况下确定模式的自耦合和互耦合波长。利用单模光纤与少模光纤布拉格光栅错位熔接,激发高阶模式并选择输出高阶模式。将该种结构应用于线性腔被动锁模光纤激光器中,商用半导体可饱和吸收镜(SESAM)用于实现被动锁模,得到了柱矢量脉冲激光输出。2.提出和研究了一种能直接产生高阶模的对称二模光纤耦合器,并应用于环形腔被动锁模光纤激光器,实现了锁模柱矢量脉冲激光产生。基于耦合模理论分析了对称二模光纤耦合器的工作原理,当保持模式传播常数一致时,可以完成两根光纤之间同种模式的耦合。在固定波长1550 nm下,利用有限元法分析了二模光纤直径与模式有效折射率的关系,根据光纤全反射原理得到基模束缚在纤芯不发生耦合而高阶模式扩散至包层发生耦合的二模拉锥光纤尺寸范围。利用光束传播法仿真验证了一定尺寸时模式耦合的模场分布和功率交换。基于理论和仿真结果,采用并行拉锥技术,保持两根二模光纤尺寸变化一致,得到可以只输出高阶模式的二模光纤耦合器。将该器件与被动锁模光纤激光器结合,基于非线性偏振旋转被动锁模原理搭建环形谐振腔,利用二模光纤耦合器可输出高阶模式的特性,得到了柱矢量脉冲激光输出。3.研究了能同时实现波分复用和模式转换的波分复用-模式选择耦合器,并提出和研究了基于波分复用-模式选择耦合器的全少模锁模柱矢量光纤激光器。基于耦合模理论分析了波分复用-模式选择耦合器的工作原理,研究了模式之间转换的相位匹配条件。利用有限元法分析了单模光纤中基模和少模光纤中高阶模式有效折射率与光纤半径的关系,得到了单模光纤和少模光纤中模式发生转换的匹配条件。在选择合适的单模光纤和少模光纤半径比例的情况下,利用光束传播法可以仿真出在976/1550 nm波长下高阶模式的组合。基于理论和仿真结果,采用预拉锥技术,将单模光纤进行预拉锥,再与少模光纤熔融拉锥在一起,制作出了该器件。将该器件应用于全少模光纤8字腔被动锁模激光器中,腔中所有器件均为少模光纤制作,并由少模光纤进行连接,该8字腔利用非线性环形镜结构充当等效可饱和吸收体以实现锁模,得到了柱矢量脉冲激光输出。