多波长光纤激光器能够同时稳定输出多个波长,且具有结构紧凑、高光束质量、低成本等优点,被广泛应用于高速大容量光纤通信和光纤传感网络中。单纵模窄线宽波长可切换、波长可调、波长间隔可调谐的多波长光纤激光器在大气激光雷达、多参量激光同时传感、微波光子和高功率激光产生等方面有着广阔的应用前景。本文结合所承担的国家自然科学基金项目,针对基于新型全光纤滤波器的可调多波长光纤激光器,开展了一系列深入的理论分析及实验研究,取得的主要创新性成果如下：1、提出三种基于模式耦合作用的光纤滤波器结构,分别是具有单偏振超窄带滤波特性的保偏啁啾莫尔光纤光栅、基于弯曲调谐的耦合型双芯光纤滤波器和偏振依赖多模-单模-多模(PD-MSM)滤波器。从模式耦合理论出发,对保偏啁啾莫尔光纤光栅中同一偏振态下的正反向基模之间耦合作用、双芯光纤滤波器的两个平行纤芯之间模式耦合作用、PD-MSM滤波器的同一偏振态下单模光纤模式与多模光纤模式之间耦合作用进行了详细的理论分析。实验制作出了这三种光纤滤波器件：保偏啁啾莫尔光纤光栅实现了两个以上单偏振、超窄带宽的透射通带,偏振消光比大于15dB；耦合型双芯光纤滤波器的通过改变弯曲曲率,获得具有大于27nm波长连续调节范围；PD-MSM的梳状透射光谱实现了两个正交偏振态上交替滤波,偏振消光比可达25dB。2、提出两种基于保偏光纤光栅的可切换双波长石英基掺铥光纤激光器结构。利用保偏均匀光纤布拉格光栅的偏振依赖特性加强腔内的偏振烧孔效应(PHB),研制出室温下1.94μm波段的双波长激光器。波长间隔0.81nm,光信噪比高于60dB。对比分析表明,在掺铥光纤中PHB的作用下,激光输出的光信噪比和稳定性受泵浦功率、光栅反射率的增加而得到改善。双波长激光器最大输出功率378mW,斜率效率达15.6%。通过偏振分析可知,两个波长的输出激光均具有高达49.1dB的偏振消光比,且分别处于相互正交的偏振态上。通过调整激光腔内的偏振态,在该掺铥光纤激光器中观察到输出波长可切换现象；利用保偏啁啾莫尔光纤光栅的偏振依赖和超窄带滤波特性,减少腔内均匀加宽线宽并抑制多纵模的产生,研制出室温下稳定输出的双波长掺铥光纤激光器。激光波长为1942.88nm和1943.32nm,分别处于两个相互正交的偏振态上。50分钟内最大波长漂移量小于0.05nm,功率波动小于0.5dB。通过调整激光腔内的偏振态,在该掺铥光纤激光器中观察到波长可切换现象。通过零差法测量验证该激光器的每个输出波长均为单纵模运转。2.8W泵浦功率下,双波长光纤激光器的最大输出功率170mW,斜率效率为10%。3、提出两种基于双芯光纤滤波器的波长可调的多波长布里渊掺铒光纤激光器结构。利用耦合型双芯光纤滤波器的良好光谱稳定性和波长连续可调性,实现了40nm的波长调谐范围和11个波长的密集多波长激光输出,0.088nm波长间隔与单模光纤中受激布里渊散射频移量相同。30分钟内一阶斯托克斯光波长最大漂移量为14pm,功率波动小于0.56dB;基于双芯光纤马赫曾德尔(MZI)滤波器的波长可调特性,研制出波长可调的自激发布里渊掺铒光纤激光器。该光纤激光器的布里渊泵浦激光通过掺铒光纤激光器腔内自激发产生,因而避免了外接窄线宽高功率激光光源带来的高制作成本问题。该光纤激光器的输出激光波长间隔为0.088nm,光信噪比高于8dB(测试结果主要受限于光谱仪的最小分辨率),同时激射波长数达到17个。通过调节双芯光纤MZI滤波器,实现了激光输出光谱8nm的波长调谐,波长调谐量与双芯光纤MZI滤波器的弯曲量呈近线性关系。4、提出两种基于PD-MSM光纤滤波器的波长间隔可调多波长掺铒光纤激光器结构。结合PD-MSM光纤滤波器的梳状滤波和PHB效应,实现了室温下稳定的双波长激光输出,双波长激光分别具有稳定且不同的偏振态。50分钟内双波长功率抖动小于0.7dB,功率差小于1dB,仅通过调节谐振腔中的偏振状态可以对双波长的波长间隔进行连续调节,波长间隔调节量可以从0nm到3nm；基于PD-MSM光纤滤波器的偏振依赖损耗并结合非线性偏振旋转效应,实现了密集波长间隔的多波长掺铒光纤激光器,同时稳定输出波长数可达19个,40分钟内输出激光最大波长整体漂移量小于0.05nm,最大功率波动小于0.8dB。经讨论基于该原理可通过级联多段保偏光纤实现多种波长间隔的可切换输出。5、提出一种基于非线性双通MZI光纤滤波器的波长间隔可切换多波长掺铒光纤激光器。非线性双通MZI光纤滤波器除了多通滤波作用还能有效抑制掺铒光纤的增益竞争。通过合理调整激光腔内的偏振态,分别实现了0.2nm和0.4nm密集波长间隔可切换的多波长激光输出,两种状态下的激光波长个数分别为44和25个,测量可得激光光信噪比分别高于14dB和30dB。对于两种波长间隔,40分钟内输出激光光谱最大波长整体漂移量小于0.05nm,最大功率波动分别小于0.8dB和0.4dB。