由于多样化的输出脉冲,孤子锁模光纤激光器具有广泛的应用,如可以产生能量高、啁啾大的耗散孤子,是超连续谱产生的优质泵浦源;可以产生两个间隔小、相互作用强的孤子而形成孤子对,在高速摄影、超快动力学研究等领域具有潜在的应用价值。锁模光纤激光器的发展规律表明,每一次新现象的发现都会促进锁模激光器的发展,促进对锁模光纤激光器理论的深入理解。本论文对孤子锁模光纤激光器及其主要应用之一——超连续谱产生——进行了深入而细致的研究,主要研究工作总结如下:1.对基于半导体可饱和吸收镜(semiconductor saturable absorber mirror, SESAM)的耗散孤子被动锁模光纤激光器进行了研究。通过数值模拟方法,从理论上分析了其典型工作状态:单脉冲耗散孤子及多脉冲束缚态耗散孤子锁模。搭建了基于SESAM的被动锁模光纤激光器,在泵浦功率88 mW时输出了耗散孤子;在泵浦功率175 mW及265 mW时实现了多波长锁模、谐波锁模及束缚态锁模三种工作状态,并能够通过改变腔内的偏振控制器进行灵活切换。由实验结果发现它们间存在N脉冲、N次谐波及N脉冲束缚态的关系,验证并拓展了仿真结果。2.对基于SESAM的被动锁模光纤激光器中双孤子构成的孤子对的锁模状态进行了理论及实验研究。在泵浦功率为34.81 mW、50.76 mW及64.05 mW时,实验结果表明前述发现也存在于以孤子对为基本单元的锁模光纤激光器中;在34.81 mW功率水平下,还观察到了一种更加稳定的孤子对锁模状态,进一步验证了前述发现。在基于孤子对的双脉冲锁模状态下,观察到了光谱随腔内偏振控制器状态的改变而出现新型动态变化(特殊调制包络)的现象,且随着构成孤子对的双孤子之间的间隔增大,调制包络周期逐渐减小。理论仿真得到了与实验一致的结果,并以此为依据提出激光器腔内存在的双折射可能是新型动态光谱产生的主要原因。通过进一步的实验证明了猜想并解释了其他实验现象产生的原因。3.对高功率蓝光增强型超宽连续谱光纤激光器进行了实验研究。搭建了全光纤型超连续谱产生系统,包括皮秒脉冲种子源、基于主振荡功率放大结构的四级放大系统及光子晶体光纤。由保偏及非保偏主动锁模光纤激光器的实验结果,发现了高次谐波锁模状态随加载在调制器上电压的改变而突变为基频锁模的新现象。通过理论建模及仿真对这个现象进行了解释,并以此指导种子源激光器的设计。通过对种子源脉冲引入额外啁啾、优化放大器各级泵浦功率以避免非线性、进行光纤模式控制以保证放大效率等方式,将超连续谱的平均输出功率由3.8 W提升至30.6 W,光谱范围由418 nm～2400+ nm增大至385 nm～2400+ nm。