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生物光子学，是基于光子学的技术与手段来研究生命科学的前沿新兴学科。在过去20～30年间，由于激光技术和生物技术等的进步，生物光子学得到了飞速发展，受到了研究者的广泛关注。近年来，新型激光光源在生物医学光子学（比如:血管性疾病治疗、眼科激光手术、超分辨率荧光显微等）、精密激光加工等方面都有着广泛的应用。本论文主要针对新型激光光源在生物光子学方面的应用需求，对全光纤化的耗散孤子共振方波纳秒脉冲掺镱光纤激光器及其非线性频率转换的绿光激光器和绿光激光泵浦红色荧光蛋白等展开了较全面系统的研究。主要包括以下内容: (1)对基于非线性偏振旋转锁模(NPR)的耗散孤子共振(DSR)方波纳秒脉冲掺镱光纤激光器进行实验和理论研究。实验采用环形腔结构，中心波长为1064 nm，3 dB线宽为2.68 nm的光谱滤波器来控制激光器的中心波长，DSR方波纳秒脉冲输出是基于非线性偏振旋转锁模技术。在泵浦功率为90 mW时，实现了稳定的锁模脉冲序列输出。种子激光重复频率为196 kHz，脉冲宽度为8ns，中心波长为1063.98 nm，3 dB光谱线宽为0.24 nm，光谱形状近似为洛伦兹型。随着泵浦功率的增加，种子激光的脉冲宽度在3 ns到40 ns之间稳定可调。根据非线性薛定谔方程，模拟了耗散孤子共振方波纳秒脉冲演化过程。 (2)对主振荡功率放大(MOPA)结构掺镱光纤放大器进行实验研究。以DSR方波纳秒脉冲掺镱光纤激光器作为种子源，经过三级掺镱光纤放大级，在半导体激光器最大可用泵浦功率为15.9 W时，实现了平均功率为6.95 W的激光输出，脉冲宽度8 ns，相应的峰值功率和单脉冲能量分别是4.4 kW和35.5μJ，掺镱保偏光纤放大器相应的斜率效率为46％，在最大功率处没有出现饱和现象。对输出激光通过光束质量分析仪测得光束质量因子M2=1.14，测量偏振消光比为18 dB。在最大输出功率下，光谱出现了明显展宽，3 dB光谱宽度为1.28 nm，这是由于自相位调制(SPM)感应出频率啁啾造成的光谱展宽。在中心波长1063.93 nm右侧并没有出现由受激拉曼散射(SRS)产生的光谱成分，这是由于SRS具有阈值性。 (3)对脉冲掺镱光纤激光器非线性频率转换产生绿光激光进行理论分析和实验研究。首先，从三波相互作用的耦合波方程出发，推导出倍频转换效率方程，指出在高效倍频过程中，需要满足相位匹配条件;其次介绍了非线性晶体主要特性，重点介绍了LBO晶体及其温度相位匹配技术;再次，介绍了常用的非线性光学仿真软件SNLO，并模拟了倍频设计方案;最后，采用LBO晶体的Ⅰ类温度相位匹配技术，设计腔外倍频系统，进行脉冲掺镱光纤激光器的倍频实验研究。在基频光最大输出功率为6.95 W时，得到了最大输出功率为2.1W的绿光激光，相应的倍频转换效率为30.2％。输出绿光激光中心波长为531.84 nm，3 dB光谱线宽为0.41 nm。 (4)对产生的纳秒脉冲532 nm绿光激光进行泵浦注入到导光毛细管中红色荧光蛋白(Red Fluorescent Protein，RFP)的初步实验探索。当绿光激光从毛细管一端泵浦荧光蛋白，从毛细管另一端能观察到红色荧光，更进一步的实验是优化系统以实现红色荧光蛋白激光输出。