窄线宽光纤激光器的核心问题是实现激光器的单纵模运转和抑制多纵模振荡以及跳模现象。目前实现光纤激光器窄线宽的方式主要有：使用短直腔、使用复合腔、使用饱和吸收体、使用超窄通带滤波器等。美国NP Photonics公司的Spiegelberg等运用短直腔的方法，利用一根数厘米长的Er3+/Yb3+共掺玻璃光纤作为增益介质，与一对Bragg光栅构成光纤激光器，实现了1550 nm处、线宽小于2 kHz的窄线宽激光输出。最近，华南理工大学杨中民教授课题组同样运用短直腔的方法，在一根2 cm长的Er3+/Yb3+共掺单模磷酸盐玻璃光纤作为增益介质的光纤激光器中实现了线宽小于2 kHz的窄线宽激光输出，其输出功率达到300 mW。

　　单纵模窄线宽光纤激光器是指激光以腔内振动单一纵模的形式输出，其特征是激光光谱线宽非常狭窄，可达到10-8 nm，比现有窄线宽DFB 激光器的线宽还要窄两个数量级，比目前光通信网络中DWDM信号光源的线宽要窄5～6个数量级。

　　光纤激光器由于抽运阈值功率低、转换效率高、散热好、可调谐范围宽、耦合效率高（与现有光纤通信系统和光纤传感系统完全兼容）、结构紧凑等优点，成为当前激光领域研究的焦点。根据美 着名激光行业期刊《 LaserFocusWorld》的预测，光纤激光器的需求将按每年20％以上的速 递增，到2020年光纤激光器将占整个激光器市场份额的50％以上。据统计，2008年全世界激光产品的销售额已经突破100 亿美元，预计未来5 年有几百亿甚至上千亿美元的光纤激光产品的市场现实需求及难以估计的市场需求潜力。光纤激光器在经济建设和防军事发展等方面将逐步占据主导地位。

　　在光纤激光器中，具有极窄输出线宽的单频光纤激光器是激光器发展的重要方向之一。单纵模窄线宽光纤激光器是指激光以腔内振动单一纵模的形式输出，其特征是激光光谱线宽非常狭窄，可达到10-8 nm，比现有窄线宽DFB 激光器的线宽还要窄两个数量级，比目前光通信网络中DWDM信号光源的线宽要窄5～6个数量级。窄线宽单纵模光纤激光器可以保证激光具有极好的相干特性，其相干  可达数百公里。

　　窄线宽光纤激光器，由左右两端由窄带光栅提供谐振反馈，中间的特种光纤提供光的放大，在外部LD的泵浦下，激发出窄带激光。由于特种光纤具有极高的增益，所以在确保足够高的功率输出的同时（10-200mW），由于与两光栅间形成的谐振器长度极短（1厘米），所以从物理结构上就决定了输出激光是一个单纵模的、窄线宽的光束，而无需选频、稳频，也不会跳模，这和很多半导体激光器的原理是根本上的不同（后者需要很多稳频手段）。

　　一般的激光器相干性很差，相干距离一般只有几个微米至厘米。因为普通的激光器光谱线宽大多是几个纳米，而窄线宽光纤激光器的线宽是他们的百万分之一。所以相对来说，窄线宽光纤激光器的相干性是普通激光器的100万倍，同样它的相干距离是后者的100万倍。窄线宽光纤激光器的一个亮点，是它突破了我们对的相干长度的固有思维级别。窄线宽光纤激光器，可以很容易的实现100公里，甚至200公里的相干长度。

　　窄线宽光纤激光器，另一个亮点是可以实现线性频率调制。在激光谐振腔上面增加一个PZT电路，在外部正弦波长电压的驱动下，会带动PZT对谐振腔的长度进行线性拉伸，从而实现激光输出频率的改变。这在基于FMCW原理和PGC解调各种系统中有着十分重要的应用。PZT调制的一个优势，就是可以实现快速的调制，一般可以达到20Khz甚至更高，这取决于PZT器件的性能。另外，窄线宽光纤激光器的调频，不同于半导体激光器的原理，它不会出现后者“伴生调幅”现象带来的输出功率的波动，这在很多应用中无疑是至关重要的。

　　，窄线宽光纤激光器也是世界上“最安静”的激光器之一，它的相位噪声和强度噪声都达到了-110db水平以下。再通过外部反馈电路的控制，可以实现对激光腔内部的弛豫振动进行抑制，从而实现光纤传感中最安静的光源之一。

　　窄线宽光纤激光器可望在超高精和超远距离激光测距、光纤传感及光纤通信领域具有极其广泛的应用前景：

　　（1）目前大多数激光测距仪是基于脉冲激光的光时域反射原理，即通过测量激光脉冲发射和经目标反射回接收器的时间差进行测距，这种测量的精度一般为1-10 米，测量距离（军用）仅有10-20 公里。这主要受限于激光的脉冲宽 ，激光脉冲越短，测量精 就越高，但同时激光线宽也大大增加，增大了探测的噪声，迅速降低了动态探测距离。如果利用单纵模光纤激光器作为探测光源，基于频率调制连续波技术和光波相干原理，则能实现几百公里、精度小于1米的探测。

　　（2）对于光纤传感，同样可以利用频率调制连续波技术和光波相干原理，实现超高精 、超远距离以及微弱信号的测量。如图1所示，单纵模窄线宽光纤激光的一部分被耦合进一个有固定反射率的参考臂中，该参考臂充当本地振荡器 LO），另一根光纤充当传感光纤。从传感光纤反射回来的激光与来自本地振荡器的参考光一起混频产生一个光拍频，该拍频与它经的时间延迟差相对应，传感光纤上远处的信息就可以通过测量拍频来获取。利用这种技术进行探测，可实现敏感 -100dB  百亿分之一）的信号测量。基于单纵模窄线宽光纤激光器的光纤传感技术，可广泛应用于石油天然气管道的泄漏监测 全球现有500 万公里石油天然气管道，目前依靠人工巡逻的方式进行监测）、电力系统的输电损耗监测（由于当前的高压线路缺乏精确的温压力探测，每年损失电能上千亿美元）、核电站的安全监测 未来（主要能源之一）、油井的温 和压力实时监控等。

　　（3）另外，在光纤通信中，目前商用光源的激光线宽为0.2 nm （20 dB），尽管DWDM 技术的应用大大提高了信息传输的信道数，但由于信号光源激光线宽的限制，其在C波段也仅有80 信道。为了适应当前和未来社会对于海量信息传输和处理的要求，需要不断拓展光纤的带宽（如，当前世界各 正在研究的超宽带（S+C+L）光传输技术）。利用单纵模窄线宽光纤激光器作为通信光源，为我们解决该问题提供了另一种技术途径。单纵模窄线宽光纤激光的线宽仅为目前商用通信光源线宽的十万分之一，这可以大大减少信道的宽和信道之间的间距，仅在C波段就可以将光纤通信的信道数提高几个数量级，此外，该激光器极窄的线宽减小了传输过程中光纤的色散，更有利于远距离传输。

　　窄线宽光纤激光器巨大的潜在市场和广阔的应用前景引起了世界各 的广泛关注，美 、英 、丹麦、加拿大、澳大利亚、德 等西方发达 家相继投入了大量人、财、物力开展了大量研究工作。2005 年，美 某一公司推出了基于新光纤材料的窄线宽光纤激光器，其输出功率可达几百毫瓦，是当时的窄线宽光纤激光器输出功率的上百倍。2008 年，华南理工大学光通信材料研究主持的市科技攻关计划重点项目“单纵模光纤激光器的研制”取得重要突破，成功研制出输出功率大于230 mW、输出线宽小于2 kHz 的单频窄线宽光纤激光 器，该研究成果的关键技术被刘颂豪院士为组的鉴定专家组鉴定为 际水平。由于高性能单纵模窄线宽光纤激光器在军事等敏感领域有着广阔的应用需求， 外在核心技术和核心材料方面对我实行禁运，产品进口受到限制，研究研制并建设发展具有我自主知识产权的单纵模、窄线宽光纤激光器及设备生产线具有极其重要的意义。

　　1、石油管道预警系统：利用与管道同沟敷设的通信光缆作为分布式土壤振动检测传感器，长距离连续实时监测油气管道沿线的土壤振动情况，在管道沿线4米范围内形成保护带，采用系统独有的管道破坏事件专家数据库和神经网络分析识别技术，对可能危害管道安全的动土事件（如：机械施工和打孔盗油等破坏事件）或场站设施的入侵事件进行预警，并准确定位。