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论文基于非线性Ginzburg-Landau方程(GLE)，对增益光纤中自相似脉冲形成的物理机制进行了深入的研究，对真实掺杂稀土元素的光纤放大器和激光器中自相似脉冲的特性及其应用进行了系统的探索。论文共五个部分：
第一部分，介绍了自相似的定义和自相似光脉冲的含义，系统地介绍了国内外(主要是国外)对自相似脉冲的研究进展，概述了光纤中自相似脉冲的最新理论与实验研究结果。对稀土元素掺杂光纤放大器、喇曼光纤放大器、光纤激光器、色散渐减光纤中自相似渐近形脉冲的演化特性作了深入细致地描述。并在此基础上对自相似脉冲在光纤通信中的应用做了介绍。指出自相似脉冲在光纤中的应用前景以及目前研究中有待解决的问题。并由此提出了本论文的研究主题。
第二部分，首先建立了超短脉冲在正色散区色散掺杂光纤中传输的常系数GLE。在忽略高阶色散和高阶非线性效应条件下，利用对称约简(SymmetryReduction)自相似分析方法，分别严格求解了常系数和变系数GLE的抛物渐近自相似脉冲的振幅、啁啾以及脉冲宽度的具体解析形式，详细地讨论了基于常系数和变系数GLE描述的抛物渐近自相似光脉冲的演化特点，并与数值解进行了对比。接着，通过对称约简的解析方法，严格求解了高阶色散常系数GLE的自相似脉冲解析解，研究了三阶色散对自相似光脉冲演化影响。最后，基于正色散区色散掺杂光纤中传输的常系数GLE，通过数值方法，详细研究了增益色散对抛物渐近自相似光脉冲演化影响；详细研究了微结构掺杂增益光纤放大器(MFA)中，各级高阶色散和非线性效应对抛物渐近自相似光脉冲演化的影响，结果表明：自陡效应对自相似光脉冲演化产生重要影响，通过适当的MFA几何参数、色散系数和非线性系数大小的选定，可以获得高质量的自相似演化光脉冲输出。
第三部分，继续应用对称约简的自相似分析方法，同样基于正色散区色散掺杂光纤中传输的常系数GLE，从理论上分别分析了在二阶色散偏振效应和高阶色散效应两者情况下，考虑双折射偏振效应的单环光纤放大器中自相似光脉冲演化的一些基本特征，其是进一步研究单环光纤激光器中自相似光脉冲的产生、锁模和压缩的必要理论准备。
第四部分，是第二部分研究成果的应用。首先，利用变系数GLE的抛物渐近自相似脉冲解析解的结果，研究了二阶色散系数纵向双曲型变化和纵向指数型变化的色散渐减光纤中(DDF)自相似脉冲的振幅、啁啾以及脉冲宽度的具体特性，并与数值解进行了对比，证实了在DDF中，在等效增益色散因子的影响下，脉冲的演化具有抛物型自相似特性。进一步通过数值方法，详细地研究了三阶色散对DDF光纤放大器中的自相似光脉冲的影响。结果表明，高阶色散显著影响DDF中自相似脉冲的抛物渐近形状，但是，仍然保持线性啁啾。然后，根据自相似光脉冲的演化特征以及真实掺杂增益光纤的色散特征，基于单环光纤激光器偏振旋转锁模的特点，研究了单环自相似激光器的两个设计方案：“自相似飞秒脉冲光纤激光器”和“自相似飞秒脉冲掺铒光纤激光器”，此方案已经申请国家发明专利；
第五部分，论文的研究结论、存在的问题和展望。