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高功率窄线宽光纤激光器因其具有输出功率高、谱线宽度窄等特性而被广泛应用于合成孔径激光雷达、相干激光测距、相干激光测速、光纤传感等远距离相干探测领域。1.5μm波段是人眼相对安全的波段,是大气窗口之一,且在合成孔径雷达成像时可以获得相对较大的视场,因此1.5μm高功率窄线宽光纤激光器成为光纤激光领域的研究热点。在远距离相干探测的应用中,激光的输出功率和激光线宽决定系统相干探测距离和测量分辨率,所以如何实现高功率窄线宽激光输出具有重要的研究意义和价值。此外,由于激光频率稳定性和噪声的影响,即使在窄线宽激光相干长度范围内,也不一定可以获得理想的高质量相干成像,所以研究激光信号频率稳定性及噪声对相干探测分辨率的影响,对提高激光性能和相干探测的分辨率具有重要的意义。本文围绕高功率窄线宽激光进行研究,研究内容包括:窄线宽激光线宽的准确测量、光纤放大过程中放大的自发辐射(Amplified spontaneous emission,ASE)对激光线宽的影响、窄线宽激光高功率光纤放大。在此基础上,结合高功率窄线宽激光的应用,研究了窄线宽激光频率稳定性和噪声在相干探测过程中对成像分辨率的影响。具体的研究内容如下:1、对窄线宽激光线宽测量进行了研究。首先分析了延时自外差法测量激光线宽的基本原理,其次研究了延时自外差法在窄线宽激光线宽测量中的局限性及其对小于1 k Hz激光线宽测量不准确的原因。在此基础上提出了通过长光纤测量数据数值计算结合短延时光纤测量结果去调制的激光线宽测量方法,该方法可以有效的解决延时自外差线宽测量时光电流功率谱中心频率出现高斯展宽的问题,实现对小于1 k Hz激光线宽的准确测量。2、研究了光纤放大过程中ASE对激光线宽的影响,实验中发现当光纤放大中ASE增大时,会导致激光线宽测量结果发生展宽。分析了ASE对激光的作用机理,建立了相应的理论模型并进行数值计算,通过实验验证了理论的正确性。研究结果表明ASE是以噪声形式叠加在激光信号上,使得激光线宽测量结果发生展宽。3、研制了基于主振荡功率放大(Main oscillation power amplification,MOPA)技术的高功率窄线宽光纤激光器,放大过程中通过抑制ASE和提高受激布里渊散射(Stimulated Brillouin scattering,SBS)的阈值,获得了功率51.3 W、线宽0.865 k Hz、偏振消光比大于20d B的1560 nm波长高功率窄线宽全光纤连续激光。4、研究了相干探测过程中窄线宽激光的频率稳定性和噪声对成像分辨率的影响。建立了包含时变的中心频率、随机频率和随机相位的激光光场数学模型,分析了其对合成孔径激光雷达横向分辨率的影响。在相干长度范围内对目标物体进行成像,由于中心频率的时间变化、随机相位和随机频率的影响,会使成像结果分辨率变差,出现虚假目标,甚至无法实现探测。当中心频率偏移量为15 k Hz,时变的频率为10 k Hz,随机频率标准差为10 k Hz,随机相位标准差为0.1 rad时,随着探测距离从0.1 km增加到40 km,回波信号和参考光干涉谱谱宽从0.0129 k Hz增大到4.2194 k Hz,在激光波长为1.5μm、目标物体横向速度为100 m/s时,对应的横向分辨率从96.75μm降低到1.27 m。