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由于高功率光纤激光器具有转换效率高、光束质量好、良好的热管理和结构紧凑等优点，在通信、传感、医疗、工业加工以及国防军事等领域均有广阔的应用前景。相比连续高功率光纤激光器，脉冲光纤激光器在相对低的平均功率下就可以获得更高的峰值功率和单脉冲能量，使得脉冲光纤激光器成为光纤激光领域一个重要的研究热点。特别是，近年来新型大模场面积光纤以及光子晶体光纤的不断出现，使得高功率脉冲光纤激光器和放大器的性能不断被提升。但是，随着工业应用需求和科学研究发展的不断深入，对脉冲激光源的亮度和单脉冲能量提出了越来越高的要求，而单纤脉冲激光器的输出功率和能量的进一步提升受到了各种非线性效应、端面损伤和热效应等因素的限制。基于多路脉冲合成的激光功率合成技术为突破单纤限制提供了新的思路和方案，目前也受到越来越多的关注。 本研究分为六个部分：第一章绪论部分首先对单纤的脉冲光纤激光器，及其在高功率提升方面遇到的非线性效应等问题进行了简要的回顾和介绍。针对脉冲光纤激光器几种典型的合成技术方案的发展现状进行了概述，给出了国内外一些研究机构重要的研究成果。第二章对基于掺钐光纤可饱和吸收特性的全光纤化被动调Q脉冲光纤激光器进行了理论和实验的研究。在同一种激光腔结构下，通过改变输出端的反馈条件，实现了两种调Q模式(可饱和吸收体被动调Q和受激布里渊散射(SBS)快速自调Q）的脉冲运转。第三章主要分析了光纤中的受激拉曼散射效应(SRS)。对于调Q脉冲光纤激光器中出现的SRS的阈值特性进行了对比实验研究，包括:传能光纤长度、偏振效应、泵浦方式以及温度特性等因素对SRS阈值的影响。针对高功率连续光纤放大器中出现的反常低阈值拉曼效应进行了理论和实验的研究，并探索了一种有效的抑制方法。第四章研究了基于强度调制技术的纳秒脉冲光纤放大器。采用单频纳秒脉冲种子源，经过四级光纤放大，得到平均输出功率为211W，脉冲重复频率和脉宽分别为10MHz和5.6ns，峰值功率高达3.8kW的稳定脉冲序列，并实现了重复频率和脉宽均可调的纳秒脉冲光纤放大器。另外，针对脉冲放大过程中重复频率和脉宽对SBS阈值特性的影响进行了研究，结果表明:在脉宽小于10ns的情况下，脉宽越小，重复频率越低对应的SBS阈值功率越高。第五章对两路全光纤化的环形腔结构脉冲光纤激光器进行了被动相干合成实验研究，搭建了基于全光反馈环形腔的被动相干合成系统，当单路输出脉冲重复频率均为3kHz，脉冲宽度分别为580ns和550ns，输出平均功率分别为37mW和43mW时，得到合成之后的总输出平均功率为200mW，重复频率仍为3kHz，脉宽压缩到454ns，相干效率为82.5％。合成之后的脉冲激光峰值功率相比单路时提升了近一个数量级。第六章对两路基于强度调制技术的可调谐纳秒脉冲光纤激光器进行了光谱合成研究。实现了可调谐纳秒脉冲激光的三种光谱合成：具有相同重复频率和脉宽的两路脉冲激光在时域和空域上均保证完全重叠时，合成光的平均功率和峰值功率相比单路均提升了一倍；有相同重复频率和脉宽的两路脉冲激光仅在空域重叠时，可获得重复频率和脉宽可调谐范围均扩展一倍的合成脉冲激光；实现了两路脉宽不同或重复频率不同或脉冲能量不同的脉冲激光的任意组合，得到满足特殊应用需求的双脉冲激光输出。光谱合成技术能够发挥脉冲激光在时域上可任意组合的优势，为多脉冲激光的应用需求提供了更多的有效途径和手段。