脉冲光纤激光器由于其体积小、散热性强、光束质量高、稳定性好、转换效率高等一系列优点,在激光加工、光纤通信、激光医疗、光纤传感和激光雷达等众多领域得到了广泛的运用。其中,超短脉冲被动锁模光纤激光器发展十分迅速,在非线性脉冲动力学、中红外波段光纤激光器、新型可饱和吸收体等方面取得了许多进展,在近十年内成为了国际上争相研究的热点。本文针对光纤激光器中的多脉冲耗散孤子共振现象、混合锁模技术和碳纳米管在中红外脉冲光纤激光器中的应用等几个方面展开研究,主要研究内容如下:(1)从理论和实验两个方面详细研究了被动锁模光纤激光器中的耗散孤子共振脉冲特性。通过数值仿真,讨论了全正色散下耗散孤子共振脉冲的分裂机制。研究发现在特定系统参数下,耗散孤子共振脉冲在形成过程中同时会在脉冲内部产生许多暗孤子,由于耗散孤子共振脉冲的平顶特性,使得暗孤子们有可能会相互碰撞会产生一个巨大的强度凹陷,导致脉冲分裂成两个新的耗散孤子共振脉冲。此外还研究了多个耗散孤子脉冲同时存在于腔内时的行为特性,发现改变激光器的泵浦功率不会影响脉冲在腔内的数量。在实验研究中,利用高非线性光纤搭建了被动锁模掺铒光纤激光器,实现了重复频率高达972.8 MHz的谐波锁模耗散孤子共振脉冲输出,且重复频率不随泵浦功率变化,证实了仿真的结果。最后,通过在激光器腔内插入不同长度的负色散单模光纤,还研究了激光器腔内净色散和腔长对谐波锁模耗散孤子共振脉冲特性的影响。(2)利用数值模拟研究了2μm掺铥光纤激光器中基于等效可饱和吸收体和材料可饱和吸收体共同作用的混合锁模技术。仿真结果表明,在低功率阶段材料可饱和吸收体可以提供辅助脉冲整形机制,使激光器快速进入锁模状态,而在高功率阶段等效可饱和吸收体起到主要的脉冲整形机制,可以进一步缩短脉冲宽度,提高峰值功率。因此混合锁模技术即弥补了单独等效可饱和吸收体锁模激光器中锁模阈值高、难以自启动、环境温度性差、腔长过长等缺点,还摆脱了材料可饱和吸收体响应时间慢、损伤阈值低等劣势。(3)基于单壁碳纳米管实现了被动调Q和被动锁模3μm钬镨共掺光纤激光器。采用化学气相沉积法制成直径长达2-3μm的单壁碳纳米管并转移到金镜表面,从而制备成碳纳米管可饱和吸收镜。在实验中利用平衡双探测器法测得其在3μm具有明显的可饱和吸收特性,饱和光强、调制深度和非饱和吸收损耗分别为1.66MW/cm~2、16.5%、71.8%。将该可饱和吸收镜置于钬镨共掺光纤激光器中,获得了稳定的调Q脉冲,其斜效率为12.8%,中心波长2865.6 nm。仔细调制可饱和吸收镜之后,还获得了稳定的锁模脉冲输出,中心波长为2865.2 nm,重复频率12.7MHz,平均功率可达71.8 mW。(4)在基于碳纳米管可饱和吸收镜的钬镨共掺脉冲光纤激光器中加入闪耀光栅作为波长选择器件,实现了宽带波长可调谐中红外激光器。单壁碳纳米管通常拥有较大管径分布,而其带隙与其管径成反比,所以具有较宽的吸收带宽。利用了单壁碳纳米管在宽波段内具有可饱和吸收特性的特点,通过连续地转动闪耀光栅的角度,在实验中分别成功实现了55 nm(2837.6-2892.6 nm)和70 nm(2836.2-2906.2 nm)的宽带可调谐调Q和锁模脉冲输出。实验结果证明了碳纳米管是中红外波段最具潜力的可饱和吸收体之一。