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光纤激光器具有光束质量好、体积小、重量轻、转换效率高、散热性好等优点，在切割、焊接、打标、医疗、科学研究等领域发挥着重要作用，具有重要的应用前景。而通常从振荡器直接输出的皮秒锁模脉冲能量很低（一般为nJ量级），需要进一步放大才能应用，而利用掺镱双包层光纤对皮秒种子光进行放大，从而实现全纤化使整个激光系统体积更小，结构更稳定，能够在实际应用中更好的发挥作用。本论文主要研究内容为: 一、通过国内外文献调研，介绍国内外在超短脉冲光纤振荡器和放大器领域的研究现状。确定采用偏振旋转锁模和SESAM实现激光器锁模，并通过光纤多级放大技术实现脉冲的功率放大。并对该器件脉冲形成机制进行了理论介绍。同时利用非线性薛定谔方程和速率方程对光纤放大器进行理论分析。分析了非线性效应（如SPM、SBS和SRS）的阈值特性。研究不同参数对非线性效应的影响，找出了抑止非线性效应的技术措施。 二、针对高功率输出、重复频率百MHz、脉冲宽度百皮秒量级的光纤激光器开展研究工作。中心波长为1039 nm、3 dB带宽为6.35 nm、脉冲宽度为329ps，重复频率为36 MHz、平均输出功率为33.9 mw的连续锁模输出。通过半导体可饱和吸收镜(SESAM)锁模或偏振旋转锁模技术实现超短脉冲皮秒光纤种子源的研制，PCF端面为腔镜自由耦合输出激光器中单脉冲运转下最高获得了平均功率2.5W，重复频率45.2 MHz激光输出。 三、将种子源产生的超短脉冲通过利用掺镱光纤激光放大器对锁模光脉冲进行有效放大，最终获得高能量、高峰值功率的超短脉冲输出。在实验上，通过光纤多级放大系统，在10/130um双包层光纤中获得平均功率50W的全光纤放大输出，脉冲宽度为400ps，重复频率为27.4MHz;在25/250um光纤最为增益放大介质时，获得输出功率达100.5W的高功率皮秒脉冲激光，光谱中心波长1042nm，重频71MHz，脉宽120ps。 四、对全文工作进行总结和展望。