基于随机分布反馈的光纤随机激光器打破了人们对激光器的常规认知。其复杂的物理机制和开放腔结构为光纤激光器的基础研究和多维度调控提供了良好的平台。鉴于其无纵模、输出稳定、结构简单、转换效率高等特点,光纤随机激光器已经历了十多年的快速发展,从最初的单一形态向多样化拓展。从光谱演变、时域特性等理论基础的深入研究,到宽带可调谐、多波长、窄线宽、高功率、低噪声等多类型光源的实现,再到从近红外到可见光和中红外的波段覆盖,以及在光纤传感、通信以及成像等领域的逐步应用,光纤随机激光器的研究深度和广度均得到了极大的丰富。相比于传统光纤激光器,光纤随机激光器在高功率/高效率激光产生、宽带可调谐激光输出、低噪声光源等方面具有显著优势,成为光纤激光器的一个新型研究方向。如何利用上述优势开展时、空、频多维度调控,实现激光器性能突破,拓展应用领域仍是该研究方向的发展目标,有待进一步探索。本论文以瑞利散射反馈型光纤随机激光器为研究对象,对其空域、频域以及时域调控与应用展开研究。空域方面,搭建基于主振荡功率放大系统的多模光纤随机激光器,实现具有高光谱密度和低空间相干性的百瓦量级激光输出,并将其应用于无散斑成像研究;频域方面,利用多模光纤的空域-频域映射关系设计并实现宽带可编程光谱滤波器,并将其作为点式反馈器件用于拉曼光纤随机激光器中,实现宽带可调谐和多波长可定义的激光输出;时域方面,基于光纤随机激光器的低噪声特性和开放腔结构,将其作为泵浦光源应用于拉曼锁模光纤激光器和光学怪波调控中,实现锁模类噪声方波脉冲和随机脉冲输出。本论文的主要研究工作如下:（1）实现了低空间相干性高功率光纤随机激光器,并利用其进行无散斑成像应用研究。首先,通过求解广义三维非线性薛定谔方程对多模光纤的输出光场进行仿真,发现了提高输入光功率可以增加有效模式的数量,降低空间相干性的结论,揭示了空间相干性随输入光功率的变化规律;在此基础上,搭建基于主振荡功率放大结构的高功率光纤随机激光器,将光纤随机激光的高光谱密度特性和大芯径多模光纤的退相干特性相结合,实现了输出功率大于100 W,带宽约为0.4 nm,散斑对比度低于人眼散斑感知阈值的激光光源;无散斑成像结果表明,利用该光源照明实现的成像效果具有高对比度噪声比。该研究为高损耗应用场景下的大视场无散斑成像提供了一种新型光源。（2）结合多模光纤和空间光调制器实现了光谱可定义的拉曼光纤随机激光器。首先对大芯径多模光纤作为散射介质的空域-频域映射关系和光谱相关特性进行研究。在此基础上,引入空间光调制器对多模光纤进行波前调控,并结合优化算法实现了宽带可编程光谱滤波器,该滤波器具有调谐范围广、滤波波形可任意定义等特点。进一步,将实现的宽带可编程光谱滤波器作为点式反馈器件用于拉曼光纤随机激光器中,基于拉曼光纤随机激光器的宽带增益和反馈以及开放腔结构优势,分别实现了1.5μm和1μm波段的单波长可调谐和多波长可定义的光纤随机激光输出。此外,与已有的通过调节泵浦光波长实现高阶可调谐光纤随机激光器的方法不同,研究在保持泵浦光中心波长不变的前提下,利用可编程光谱滤波器实现了对级联拉曼光纤随机激光器的各阶激光中心波长的分别调控,有效降低了光谱展宽,充分证明了该滤波器的宽带特性及其对有源系统的光谱调控能力。实现的光谱可定义激光光源具有输出光谱灵活可调、工作带宽广、结构紧凑等特点,在光纤传感和通信等领域具有潜在的应用价值。（3）实现了基于光纤随机激光泵浦的锁模脉冲和光学怪波的调控。锁模脉冲产生方面,利用光纤随机激光器的高光谱密度和低噪声特性将其作为锁模拉曼光纤激光器的泵浦光源,实现了类噪声方波脉冲输出。脉冲基频信噪比较传统拉曼光纤激光泵浦方案高6 d B,脉冲宽度和重复频率可通过泵浦光功率和腔内偏振态调节。随机脉冲产生方面,通过匹配光纤随机激光的激射波长和真波光纤的零色散波长,利用光纤随机激光激发非线性效应并产生光学怪波;进一步通过对泵浦光进行主动调制,实现了光学怪波脉冲由无序到准有序的转变。实现的类噪声方波脉冲和随机脉冲光源在信息编码、激光雷达以及超分辨成像等领域具有重要应用价值。