柱矢量光,是指波阵面上不同位置对应的偏振状态不同的光束。其光场强度是一个轴对称分布的甜甜圈形状,常见的柱矢量光主要包括径向偏振光、角向偏振光和混合态偏振光三种。径向偏振光束在经过一个大数值孔径的透镜聚焦后在平行于光轴的方向会产生一个纵向的电场分量,同时得到一个相比于均匀偏振光聚焦光斑面积更小的光斑。基于这些特殊的性质使得柱矢量光束在表面等离子体的激发、高分辨成像、激光加工和光学粒子捕获等众多领域内有广泛的应用前景。为此,研究者们相继提出了很多方法来产生柱矢量光束。目前生成方法柱矢量光的方法按照是否在谐振腔内分为主动法和被动法两种。利用少模光纤的方法来生成柱矢量光是一种便捷有效的方法。通过求解普通阶跃光纤中波动方程的本征解,可以得到径向偏振光束和角向偏振光束分别对应的是LP₁₁模式中的TE₀₁模式和TM₀₁模式。因此,首先利用少模光纤把光束从基模LP₀₁模式激发到高阶简并模LP₁₁模式,再通过一系列的偏振控制器件对它的几种模式进行选择性输出,就可以分别得到径向偏振光和角向偏振光的输出。本文中首先分析了柱矢量光偏振态分布不均匀性和在大数值孔径下的紧聚焦的特性并推导了其数学表达式。分析了它在表面等离子激发、光学捕获、激光加工等领域的应用和生成方法。之后介绍了光纤激光器的调Q理论以及可饱和吸收体的制备和可饱和吸收特性的测量方法。推导出了光在光纤模式耦合器中传输的耦合模方程,并针对模式转换耦合器中的能量转换过程进行了模拟。本文设计并搭建出了一种双波长被动调Q柱矢量光光纤激光器。该激光器是由一个基于可饱和吸收和模式选择的集成器件来实现的。通过调节激光器谐振腔中的偏振控制器,可以分别得到高模式纯度的脉冲径向偏振光和角向偏振光。本文的主要研究内容和创新点如下:1. 通过液相剥离的方法制备了纳米级MWCNT可饱和吸收体,并通过拉曼散射和透射电子显微镜表征了其特性。在实验中测量了MWCNT的线性吸收谱,得到其在1μm和1.5μm附近的透过率分别为31%和36%。之后搭建P扫描装置测量了MWCNT在1μm和1.5μm处的可饱和吸收特性,通过拟合测得的实验数据得到在两个波长处的调制深度和饱和光强分别为1.34%,8.8 MW/cm²和2.94%,7.5 MW/cm²。2. 通过控制拉锥光纤的纤芯直径,来实现基模向高阶模式在不同光纤中的相位匹配,从而激发特定模式的光场。再将一层MWCNT薄膜作为可饱和吸收体薄膜覆盖在拉锥光纤耦合的锥区,形成可饱和吸收柱矢量光器件。3. 实验设计并搭建出了一种双波长被动调Q柱矢量光光纤激光器,实现了1μm和1.5μm调Q柱矢量激光的输出。掺镱谐振腔的激光阈值为160 mw,得到的激光光谱的中心波长在1036 nm,光谱的3 d B宽度为0.9 nm。波长在1μm附近的输出脉冲的脉冲宽度在2.46μs-1.21μs范围内变化,对应重复频率为35 k Hz-120 k Hz,可以获得输出脉冲的最大单脉冲能量和峰值功率分别为0.56 n J和0.5 m W。掺铒谐振腔的输出激光的阈值为100 mw,得到的光谱的中心波长在1560 nm,3 d B光谱宽度为2.2nm。波长在1.5μm附近的激光输出的脉冲宽度在8.9μs-2.12μs范围内变化,对应的重复频率为5 k Hz-30 k Hz,可以获得输出脉冲的最大单脉冲能量和峰值功率分别为13n J和6 m W。