超短脉冲光纤激光器以其脉冲宽度窄、峰值功率高、工作波段宽等优点而成为传感,光学组件测试,光谱学等领域的关键工具。并且在许多情况下,需要将不同波长的多个超短脉冲同时注入同一目标来实现各种非线性效应,即具有不同中心波长的脉冲必须严格同步,例如基于时间解析的泵浦探测光谱学,非线性显微,光参量放大,以及相干脉冲合成等。而传统的多波长激光器中的增益竞争问题限制了多波长的稳定输出,需要腔体内复杂的装置或腔外特殊的操作或低温工作环境,给激光器的实用增加了难度。另外,通常超短脉冲激光器具有较宽的光谱,当所需要的激光脉冲中心波长非常接近时,势必造成不同波长脉冲光谱的重叠,这对于普通传统激光器是无法克服的难题。以及实现不同波长光脉冲之间的同步系统非常复杂,价格昂贵或腔长需要严格匹配,环境敏感,稳定性差,因而实用性不佳。本论文对同步多波长超短脉冲光纤激光器展开研究。首次提出利用多级级联的非线性展宽和偏移滤波构成的单腔环形结构,实现多波长脉冲激光的稳定输出和天然同步,以及不同波长之间光谱的任意可重叠,克服了传统多波长激光器的固有缺点。具体工作如下:(1)首次提出利用多级级联的Mamyshev再生器构建同步多波长光纤激光器。将多波长激光器由传统并行工作改为级联切换波长工作。克服了传统多波长激光器的增益竞争、波长冲突和同步困难的问题。(2)通过数值模拟在单腔环形结构内成功实现了1.0微米波段、1.5微米波段以及1.0微米和1.5微米跨波段同步多波长超短脉冲的输出,实现了不同波长脉冲之间波长间隔的任意设置。(3)利用功率传输函数等分析手段对此种结构的脉冲激光器进行了分析和优化,对该类型激光器稳定特性进行了定量分析。分析了不同波长排列顺序对系统稳定特性和系统效率的影响。分别分析了1.0微米波段和1.5微米波段激光器系统的特性,得到了在该两种波段下系统稳定设计的指导性的规律。