2μm超短脉冲激光器具有高重频、窄脉宽的特点，在激光光谱技术、非线性频率变换等领域有着重要的应用价值。本论文对2μm超短脉冲激光的相关技术，如锁模激光的产生、脉冲宽度的测量、谐振腔色散的补偿等，作了理论和实验方面的研究。首先，本论文从被动锁模激光器的速率方程出发，推导出了适合半导体饱和吸收镜的连续锁模阈值公式。根据阈值公式，我们选择了受激发射截面较大的Tm,Ho:YVO₄晶体作为激光介质，并给出了激光器谐振腔的设计原则。之后，利用望远镜式谐振腔的设计原理，设计了一个六镜望远镜谐振腔，并对谐振腔的各个关键参数作了详尽的分析。分析表明，在晶体的热焦距大于200mm，准直距离不大于500mm时，这两个参数的变化对晶体和吸收体处光斑半径的影响很小。而输出镜位置和饱和吸收体的位置对谐振腔的稳定性和腔内光斑分布的影响较大，与设计标准值的最大允许偏差仅分别为20mm和15mm。另外，二者位置的偏差也会使得子午面和弧矢面的光斑不相等，在腔中引入像散。各个腔镜的折叠角度对腔内的像散也有影响，实验中每个腔镜的折叠角度要控制在5°以内。利用设计好的谐振腔，本论文首次从实验上实现了Tm,Ho:YVO₄激光器的连续锁模激光输出。在最大吸收泵浦功率5.6W时，得到了最大输出功率为146mW的锁模激光。随着泵浦功率的提高，激光器输出脉冲依次为调Q、调Q锁模和连续锁模。连续锁模的阈值为106mW。激光脉冲的射频频谱中心频率为64.2657MHz，没有边频，这也表明得到了连续锁模激光输出。激光的中心波长为2041.5nm，光束质量因子为3.8。其次，为了测量锁模激光脉冲的脉宽，本论文中采用MgO:PPLN作为倍频晶体，实现了强度自相关测量，测得的脉冲宽度为14.3ps。为了能够测量无啁啾的脉冲脉宽，本论文中采用Ⅱ类匹配KTP晶体作为倍频晶体，实现了无背景自相关测量。首先从理论上证明了群速度走离（GVM,GroupVelocityMismatch）对测量结果的影响很小，仅会对测量结果产生小于2%的误差，可以忽略。之后从实验上测得脉冲宽度为14.6ps，该结果与强度自相关测量的结果基本一致。最后，为了能够得到变换受限的脉冲，本论文还计算了谐振腔中包含的正色散，并在谐振腔中引入棱镜对对其进行补偿。采用无背景自相关测量色散补偿后的脉宽为14.6ps，与直接输出的激光相同。为了解释这一现象，本文中利用包含色散的锁模主方程，计算出了不同腔内色散条件下脉冲宽度和啁啾系数的变化。理论计算结果表明，原谐振腔中的色散较小，对脉冲的展宽作用不明显，仅能将脉宽为14.3ps的脉冲展宽为14.6ps。