高能量被动锁模掺铥光纤激光器（Thulium Doped Fiber Laser,TDFL）具有稳定性好、输出能量高和光谱宽等优势,被广泛应用于光电对抗、光通信、医疗手术和材料加工等领域。在众多被动锁模方式中,利用非线性环形镜来产生高能量脉冲的锁模技术具有结构简单、成本低和集成度高等优点受到研究者的强烈关注。然而,目前在基于非线性环形镜被动锁模TDFL的研究中,还存在输出能量不高,脉冲演化特性研究不够充分的问题,因此,研究基于非线性环形镜的高能量被动锁模TDFL有重要的意义。本文利用非线性环形镜被动锁模技术,在TDFL中实现了多种高能量锁模脉冲输出,并对其脉冲演化特性进行研究。主要工作内容包括:1.首先,调研了高能量被动锁模TDFL的研究背景及意义,并概述了高能量脉冲获取的两种主要技术;其次,对铥离子能级结构、主要泵浦方式和光谱特性进行了分析,基于分析的结果,确定使用793 nm半导体激光器作为本课题的泵浦方案;然后,分析了影响脉冲形成的主要原因,包括色散和非线性效应,同时介绍了脉冲传输理论和常见的几种锁模脉冲;最后阐述了非线性环形镜被动锁模的原理,并对NOLM的透射率进行了仿真,为后续实验研究提供了理论基础。2.设计并搭建了基于非线性放大环形镜（Nonlinear Amplifying Loop Mirror,NALM）的被动锁模TDFL。在不同的腔长下,获得了三种锁模脉冲。当激光器的总腔长为30.4 m时,实现了调Q锁模脉冲输出。当腔长为117.4 m时,激光器输出了基础锁模脉冲。随着泵浦功率的增加,基础锁模脉冲形状逐渐呈“椅子”型,在泵浦功率为8.5 W时形成了亮暗脉冲,其单脉冲能量为62.57 n J。当激光器的腔长为197 m时,调节泵浦功率到3 W,激光器输出了多波长亮暗脉冲。亮脉冲和暗脉冲的脉宽分别为4 ns和3.8 ns,光谱的波长数达到10个。继续增加泵浦功率到8W,亮暗脉冲逐渐分离,且测量的宽范围射频（Radio Frequency,RF）频谱存在显著的包络调制现象,其调制频率近似等于亮脉冲和暗脉冲时间间隔的倒数。3.设计并搭建了基于非线性光纤环形镜（Nonlinear Optical Loop Mirror,NOLM）的被动锁模TDFL。在泵浦功率为4.3 W时,获得了稳定的基础锁模脉冲,其光谱中心波长2018.35 nm、重复频率为4.12 MHz、半高全宽为17.95nm。在泵浦功率为8 W时,单脉冲能量为44.9 n J。为了进一步提高脉冲能量,设计并搭建了基于双NOLM被动锁模的TDFL。当泵浦功率为4.5 W时,实现了高能量类h型脉冲输出,其光谱中心波长为2015.21 nm、重复频率为952 k Hz、半高全宽为19.30 nm。当泵浦功率为8 W时,输出平均功率为390 m W,单脉冲能量为409.7 n J。此外,通过增加泵浦功率,观察到类h型脉冲的展宽现象,其特性与耗散孤子共振脉冲的展宽特性类似,因此,可以承受更高的能量而不发生脉冲分裂。