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脉冲激光器具有峰值功率高、单脉冲能量大、光谱宽等优点，使得脉冲激光器在材料加工、生物探测、医学治疗、光通信、光时钟等领域有着广泛的应用。与固体脉冲激光器相比，光纤脉冲激光器稳定性高、散热好、成本低、易于小型化，因此研究光纤脉冲激光器具有十分重要的研究意义及应用价值。实现脉冲激光输出的方式主要有调Q和锁模技术，可饱和吸收体被动调Q及被动锁模技术是目前应用最为广泛的一种方法。 目前被动调Q及锁模脉冲光纤激光器的研究热点之一是寻找性能稳定、易于制作、成本低廉的可饱和吸收体，并将其应用到光纤激光器中，获得高功率、低阈值、窄脉宽、性能稳定的脉冲光纤激光器。 本文正是基于此进行研究的。近几年出现的单壁碳纳米管、石墨烯、拓扑绝缘体等新型可饱和吸收材料丰富了可饱和吸收体的种类。研究这些新型可饱和吸收材料的光学特性，将其制备成不同形式的被动脉冲调制器件应用到光纤激光器中，实现激光器不同特性的脉冲输出，具有十分重要研究意义及实用价值。 此外，实际应用中也需要高单脉冲能量、高峰值功率的脉冲激光器，因此超短脉冲光纤放大器的设计及制作同样具有十分重要的实用价值。 本论文主要研究内容包括: 一、理论模拟了可饱和吸收体锁模光纤激光器及全光纤啁啾脉冲放大器 模拟了被动锁模光纤激光器参数对输出脉冲特性的影响，研究了锁模建立过程中脉冲形状及光谱的演化过程，在负色散情况下，激光谐振腔的长度对锁模脉冲宽度及光谱宽度的影响;给出了稳定脉冲在激光谐振腔内不同位置处的脉冲宽度分布，为优化激光器设计提供了理论依据。同时还理论研究了全光纤啁啾脉冲放大器特性，为展宽、放大和压缩过程建立了相应的理论模型。讨论了展宽过程中，脉冲宽度、光谱宽度和峰值功率随展宽光纤长度的变化;放大过程中，增益不变时，脉冲在负色散增益光纤中的演化过程;光纤长度一定时，不同增益对腔内脉冲的脉冲宽度和光谱宽度的影响;压缩过程，研究了脉冲在压缩光纤中的演化过程。 二、基于单壁碳纳米管可饱和吸收体的脉冲光纤激光器 对单壁碳纳米管可饱和吸收体的光学特性进行了测试;将单壁碳纳米管可饱和吸收材料分别制备成薄膜型、倏逝波型和液体型三种可饱和吸收调制器件，应用于光纤激光器中实现了调Q和锁模脉冲输出。研究了薄膜型碳纳米管可饱和吸收体的浓度对调Q掺镱光纤激光器输出特性的影响;将倏逝波型碳纳米管可饱和吸收体应用于掺铒光纤激光器，实现了锁模脉冲输出，脉冲宽度最短为66 fs;利用以重水溶液为溶剂的液体型碳纳米管可饱和吸收体，实现了掺铒光纤激光器飞秒锁模脉冲输出，脉冲宽度为306 fs。 三、石墨烯/氧化石墨烯在脉冲激光器中的应用研究 对单层石墨烯、氧化石墨烯的光学特性进行了研究;制备了单层石墨烯可饱和吸收镜，并利用其对半导体激光器自脉冲进行了压缩，将半导体激光器输出的自脉冲由13μs压缩至1.8μs，压缩系数为7.2;制备了高损伤阈值氧化石墨烯可饱和吸收镜，将其应用于双包层掺镱光纤激光器，实现了瓦级调Q脉冲输出。 四、拓扑绝缘体(Bi2Se3)制备及其在脉冲激光器中的应用 利用化学方法制备了拓扑绝缘材料Bi2Se3，通过优化制备条件，获得了高品质的Bi2Se3纳米晶片。通过与高分子聚合物PVA混合，制备出低饱和通量的Bi2Se3可饱和吸收体薄膜，将其应用于掺铒光纤激光器中，首次实现了1557nm-1600 nm宽带调谐飞秒脉冲输出，最短脉冲宽度为359 fs;同时制备了拓扑绝缘体可饱和吸收镜，并利用其实现了掺铒光纤激光器窄线宽纳秒级调Q脉冲输出，最短脉冲宽度为568 ns，谱宽为0.0185 nm。 五、全光纤啁啾脉冲放大器实验研究 采用啁啾脉冲放大技术搭建了全光纤飞秒脉冲放大器。对平均功率20 mW脉冲宽度127 fs，中心波长为1574nm的种子脉冲进行了放大，放大器输出脉冲平均功率758mW，脉冲宽度174 fs，单脉冲能量4nJ，峰值功率为24.5 kW。