2μm波段的掺铥(Tm)锁模光纤激光器具有输出功率高、尺寸小、效率高、宽带可调谐等诸多特点，在医学、光谱学及军事等领域具有重要的应用价值。然而，受到孤子面积定理和频谱边带的限制，被动锁模光纤激光器产生的孤子脉冲能量通常小于0.1nJ。为了能够大幅度提高锁模激光器的脉冲能量，人们提出一些激光器方案和结构。其中，正色散锁模光纤激光器能够输出高能量脉冲而成为近期研究的热点。但是，对于2μm波段，常规光纤的群速度色散是负值。所以，要设计出一个能产生很大正常色散的光纤腔，这是一个很大的挑战。本文基于中红外高功率锁模光纤激光器的发展需求，理论研究了2μm波段大正色散光纤的设计及其在锁模激光器中的应用，取得了如下主要成果：第一，理论研究了石英微纳光纤在2μm波段的群速度色散特性及其调控方法。基于光波导理论，推导得到了不同结构微纳光纤所满足的超越方程，获得了石英微纳光纤在2μm波段的群速度色散特性及规律，并阐明了影响群速度色散的各种因素。研究结果表明，经过合理设计，常规光纤经过拉锥，可以获得大于3000ps2/km的群速度色散值。而且，通过引入薄介电层，可以对其波导色散进行调控。薄介电层折射率越大，对应的厚度越厚，其群速度色散值越大，且最大群速度色散值对应的芯径减小。第二，数值模拟了基于大正色散光纤元件的被动锁模掺铥光纤激光器，并讨论了其输出特性和规律。推导了光纤中脉冲传输遵循的非线性薛定谔方程，完善了掺铥正色散锁模光纤激光器中耗散孤子产生的代码和程序。数值研究了掺铥正色散锁模光纤激光器中锁模脉冲的稳定输出及其时域传输特性。当腔长总色散为正时，在无外加滤波器的条件下得到了耗散锁模孤子脉冲。耗散孤子的形成是激光器中各种效应自洽的结果，由正常群速度色散和自相位调制导致脉冲时域和频域加宽，增益饱和和增益窄化滤波使脉冲时域和频域窄化，并达到平衡形成耗散孤子脉冲。