2μm的激光光源有着广泛的应用，包括基础科学研究、工业、军事、以及生物医疗。光纤激光器有着优越的性质，但是实现2μm高功率与效率光纤激光器仍然是一个挑战。为了更好地理解激光器特性，本文利用理论模型，详细研究了两种2μm光纤激光器。首先，我们建立了一个掺Tm光纤激光器模型来研究其温度特性。模型考虑到了重要的能量转换过程与光谱。这个模型与实验结果符合得很好。通过这个模型，研究发现，当温度上升时，子能级上的粒子的热分布会使得激光器阈值增加、输出功率降低，但是当采用强泵浦时，其效果会减弱。低输出耦合率与较长的工作波长也会减弱激光器对温度的敏感性。此模型还被进一步用于分析激光谱与光纤长度以及泵浦功率的关系。本文对于工作在千瓦功率时激光器的输出功率和热量分布也作了分析。其次，本文建立了一个描述利用1.125μm LD泵浦的掺Ho光纤激光器的理论模型。将交叉弛豫、能量上转换、激发态吸收等重要能量转移过程考虑进去后，模型的输出结果与实验符合地很好。研究发现激发态吸收对激光器的性能有较大影响，交叉弛豫和能量上转换的影响相对较小。通过这个模型，本文还对激光器的阈值与斜效率作了分析，并对光纤长度、输出耦合率、泵浦波长、掺杂浓度等参数作了优化。此外，基于半导体可饱和吸收镜，我们还建立了一台高功率掺Tm光纤激光器。利用793nm的激光二极管进行泵浦，这台激光器可以以17.58MHz的重复频率产生稳定的类噪声脉冲。最大输出功率为2.02W，单脉冲能量为115nJ。如此高的类噪声脉冲能量是从大模场光纤中得到的，并且是产生高功率中红外超连续谱的理想泵浦源。