掺稀土元素的光纤激光器及功率放大器由于其优良的性能和广泛的应用前景，成为国际上最受关注的激光器之一。与固体激光器相比，光纤激光器具有光束质量好、热控管理方便、结构紧凑、转换效率高等许多优点，被称为高精度工业加工、激光医疗、航空航天、军事国防所亟需的最新一代激光光源。其中，掺镱光纤超短脉冲激光技术已经成为当今光电子技术领域中前沿性的研究课题，近年来，随着掺镱光纤掺杂浓度和抽运源功率的提高、光纤被动锁模技术的改进和超短脉冲高质量压缩技术的出现，在超短脉冲应用领域，光纤激光器向传统全固态激光器发起了有力的挑战。本文针对主振荡功率放大技术(Master OscillatorPower Amplifier: MOPA)中光纤激光器的锁模自启动、多脉冲不稳定性、光谱振荡畸变对再生放大器能量提取效率的影响和高质量飞秒脉冲压缩等问题进行了实验研究。　　本文的主要内容与研究成果如下:　　1.从调Q锁模方程出发，讨论了半导体可饱和吸收镜(SESAM)的宏观特性参数对光纤激光器锁模自启动阈值和锁模多脉冲特性的影响，采用自制的具有模场适配功能的光纤式SESAM抑制了光纤激光器在低重复频率下锁模多脉冲的产生，确保激光器在更大动态范围内实现稳定的锁模自启动。设计并搭建了全保偏光纤皮秒脉冲掺镱光纤放大系统，得到平均功率4.3 W线偏振的皮秒脉冲激光输出，偏振消光比＞20 dB，重复频率25 MHz，脉冲宽度20 ps，中心波长1064 nm。　　2.首次研制基于SESAM被动锁模全光纤MOPA种子源的高能量皮秒再生放大器。分析了皮秒脉冲光谱振荡结构畸变产生的机理，讨论了全光纤皮秒MOPA种子源的光谱振荡畸变对Nd∶YAG再生放大器能量提取效率的影响，提出采用光纤光栅的光谱滤波特性降低自相位调制导致的频率啁啾，通过抑制皮秒脉冲包络不同位置处的纵模干涉相长和干涉相消产生的光谱多峰畸变，使锁模激光的脉冲能量集中在全固态增益介质的增益带宽内，成功实现掺镱光纤种子源与全固态再生放大器增益介质之间的波长匹配。采用Nd∶YAG再生放大器得到重复频率为1kHz，最大单脉冲能量为1.3 mJ的皮秒激光输出。研制了基于全光纤皮秒MOPA种子源的888 nm泵浦Nd∶YVO4再生放大器，得到高重复频率100-500 kHz，平均功率22 W皮秒激光输出，也是目前国内基于全光纤皮秒种子源的再生放大器所产生的最高脉冲能量。　　3.研制了面向激光眼科手术需求的高稳定性、高质量脉冲压缩飞秒光纤主振荡功率放大系统。振荡器采用混合腔方式增加了光纤双折射，改善了非线性偏振旋转锁模在低重复频率下无法自启动的缺点，提高了飞秒光纤激光器自启动锁模的稳定性。研究了飞秒光纤功率放大器的入射脉冲预啁啾与飞秒脉冲压缩质量的关系，通过实验证明光纤放大器的入射脉冲保持负的预啁啾状态可以消除自相关曲线的基座，得到最好的脉冲压缩结果。实验最终实现满足自启动锁模条件的重复频率19.4 MHz，平均功率1.2 W，脉冲宽度183 fs的激光脉冲。目前这台激光器是国内首台应用于动物角膜实验的飞秒光纤激光器。