单频（单纵模）窄线宽光纤激光器在光纤通信系统、光纤传感器、微波光子以及太赫兹源等领域有广泛应用。本文针对光纤激光器如何获得稳定的单频窄线宽激光输出问题，对谐振腔结构设计、纵模选择以及模跳抑制方法等展开详细的理论分析与实验研究。提出以窄带选模元件降低谐振腔内纵模密度，结合非线性二波混频效应消除多纵模振荡与抑制模跳，获得单频窄线宽输出的光纤激光器结构，分别对可饱和吸收体与自反馈注入单频窄线宽光纤激光器进行研究，研制出了多种高性能单频窄线宽光纤激光器。主要内容为：1．推导出有源光纤线形F-P谐振腔和光纤环形谐振腔的光谱特性函数，详细研究腔内增益与损耗、谐振腔长、腔镜反射率或光耦合分束比等腔形结构参数对谐振腔输出光谱线宽特性的影响；进而考虑自发辐射，推导了激光器单模线宽极限公式，讨论谐振腔结构参数对单模线宽极限的影响。最终获得单频窄线宽光纤激光器谐振腔设计的理论依据。2．提出用窄带模式选择元件降低腔内纵模密度，结合可饱和吸收体或自反馈注入非线性二波混频消除多模振荡和抑制跳模，获得稳定单频运转的光纤激光器结构；并依据速率方程和功率传输方程，建立光纤激光器功率输出特性分析模型，研究影响激光器功率输出特性的相关因素。3．开展光纤可饱和吸收体单频窄线宽光纤激光器研究，详细研究影响其输出功率和转换效率的相关因素。实验装置采用行波环形腔，用光纤环滤波器降低腔内纵模密度，结合10米光纤可饱和吸收体，消除多纵模振荡与抑制模跳，获得稳定的单频窄线宽输出。激光器工作波长1549.98nm，输出功率26.5mW，光-光转换效率20.9%，斜率效率23.6％，光谱线宽2.2kHz。4.提出用FBG F-P标准具作模式选择元件，结合短保偏光纤可饱和吸收体的光纤激光器新结构，改善可饱和吸收体单频窄线光纤激光器的转换效率和线宽特性。实验装置以保偏FBG F-P标准具降低腔内纵模密度，用2米保偏光纤作可饱和吸收体消除多纵模振荡与抑制模跳，获得稳定的单频窄线宽激光输出。用单包层掺Er³⁺光纤作为增益介质，实验装置工作波长1550.65nm，输出光功率43.7mW，光谱线宽1.2kHz，光-光转换效率29.5％，斜率效率33.4％。用Er³⁺/Yb³⁺双包层光纤作为增益介质，实验装置工作波长1549.83nm，输出功率923.6mW，光-光转换效率为27.2%，光谱线宽为2.5kHz。实验装置输出功率为目前所报道的单频窄线宽光纤激光器最高输出功率。5.提出一种新颖的自反馈注入式单频窄线宽光纤激光器。实验装置采用长线形腔结构，利用输出信号激光分束反馈与腔内振荡激光干涉，形成动态增益光栅和折射率光栅共同作用选择纵模和抑制跳模，获得单频窄线宽激光输出。用单包层掺Er³⁺光纤作为增益介质，实验装置工作波长1549.79nm，输出功率30.6mW，光-光转换效率27.3%，光谱线宽为2.2kHz。以Er³⁺/Yb³⁺双包层光纤作为增益介质，实验装置工作波长1550.63nm，输出功率653.7mW，光-光转换效率21.1%，斜率效率24.6%，光谱线宽为5.0kHz。实验装置输出功率为线形腔单频窄线宽光纤激光器的最高输出功率。