超短脉冲光纤激光器有着广泛的应用，可以用于时分复用和波分复用系统，光梳，生物光学，电光采样等，并且不断地在开拓新的应用领域。近些年来，超短脉冲光纤激光器不断发展，很多相关课题值得研究。本文主要研究被动锁模掺铒光纤激光器，主要包括飞秒激光器的动力学研究及高能量脉冲的产生等。主要研究成果如下：1.我们利用被动锁模光纤激光器研究金兹堡-朗道方程不同解之间的转换。首次发现在同一台激光器中可以实现三种不同脉冲的输出。实验发现在净色散为正的色散管理激光器中，通过调节激光器的参数，如泵浦功率和偏振条件，可以在同一台激光器中输出色散管理孤子，自相似子及耗散孤子。不同的脉冲种类可以通过光谱进行区分。我们还进一步研究了当腔内净色散接近于0时，激光器不同脉冲之间的转换特性。实验发现，此时激光器可以产生色散管理孤子和自相似子脉冲。同时我们还对该现象进行了数值模拟研究，模拟结果和实验吻合的很好。2.我们研究了耗散孤子激光器中的调制不稳定性现象及应用。调制不稳定性会使耗散孤子的光谱出现边带。这些边带的性质和凯利边带有很大的不同，边带的位置和泵浦功率及腔内的线性相位有关。另外，这些边带在时域上使脉冲出现了底座，降低了脉冲的质量。实验发现可以通过激光器本身含有的滤波器来消除这种底座得到质量更高的脉冲。同时还发现，该边带可以用来测激光器的色散。我们用这种方法测量了两台激光器的色散值，实验测得的结果和实际值很接近，证明了这种方法的可行性。这种方法可以用来进一步测量光纤器件的色散，比传统的方法更加简单方便。3.通过色散补偿技术，成功地在通信波段设计出全光纤耗散孤子超短脉冲光纤激光器，脉宽达到了78.9fs，能量4.6nJ，峰值功率超过50kW，该峰值功率可以和普通的啁啾放大系统相比拟。这一系列指标都是国际领先的。同时该激光器是全光纤结构，具有重要的应用前景。另外，还将此激光器应用于啁啾放大系统之中，简化了啁啾放大系统的结构，得到了11.3nJ的脉冲。4.我们首次在耗散孤子激光器中发现了束缚态现象，同时首次在掺铒光纤激光器中发现了耗散孤子脉冲的谐波锁模现象。束缚态实验中，我们观察到了2到5个脉冲的束缚态。脉冲的间隔和泵浦功率及偏振控制器有关。谐波锁模现象中，我们观察到了2到10阶谐波锁模信号。10阶谐波锁模信号的重复频率是232MHz，这是耗散孤子激光器中的最高频率，该信号可以压缩到153fs，单脉冲能量为0.5nJ。5.通过对被动锁模掺铒光纤激光器的谐振腔进行优化，最终在全光纤掺铒激光器中得到了51nJ,284fs的脉冲。如此高能量的飞秒脉冲远远领先于同类激光器的相关指标。该激光器得益于优化了腔长和耦合器输出系数，同时利用双向泵浦增加了泵浦功率。另外，正常色散铒纤的使用也有助于减小腔内的色散，进而缩短脉宽。该激光器工作在大的负色散区域，这从根本上限制了脉宽。通过色散补偿光纤可以进一步减小脉冲的宽度到160fs。我们还从实验上证明了腔内不可见的滤波器对脉冲谱宽的影响。6.我们设计了一种基于两种锁模机制的超短脉冲光纤激光器。实验得到了128fs的超短脉冲，这是在光纤负色散区得到的最短脉冲。得益于脉冲的超短脉宽，虽然激光器工作在负色散区，但是脉冲没有凯利边带。通常，八字腔锁模需要长的激光谐振腔。本实验中，利用非线性偏振旋转作为辅助锁模机制，我们的八字腔激光器的腔长仅有12m，这在目前八字腔中是最短的，其重复频率是16MHz。7.设计了一种基于啁啾光栅的全光纤孤子激光器。传统的方法采用拉长孤子激光器的谐振腔来增加脉冲的能量，不仅降低了激光器的重复频率，还降低了激光器的稳定性。啁啾光栅的长度在毫米量级但是色散量很大，可以用来增加孤子脉冲的能量。与拉长激光器腔长增加脉冲能量的方法相比，该方法不仅提高了脉冲的重复频率还提高了激光器的稳定性。脉冲能量达到了4.8nJ，脉宽为4.4ps，重复频率16.6MHz。得益于全光纤结构，该激光器可以自启动。8.首次将自相似脉冲作为种子源，应用到啁啾放大系统中。该系统得到了4.1nJ,75.6fs几乎无底座的高质量脉冲。和一般种子光是孤子的啁啾放大系统相比，该系统得到的脉冲质量有很大的改善，脉冲光谱光滑且脉冲无底座。同时，我们首次证明了自相似脉冲的光谱宽度和放大器的增益成指数关系，这和国外学者的理论结果一致。基于这一性质，我们从理论和实验上证明了自相似脉冲的脉宽可以通过泵浦功率进行调节。9.我们设计了一台基于孤子自频移现象的被动锁模光纤激光器。该激光器通过非线性偏振旋转锁模，锁模产生的脉冲由于拉曼散射的作用，在激光器内部产生了孤子自频移现象。该激光器产生的脉冲的中心波长远离增益介质的中心波长，打破了增益介质对超短脉冲中心波长的限制，对产生新波段的超短脉冲有重要意义。10.在正常色散光纤激光器中，我们观察到了光畴壁形成的暗脉冲。该光畴壁源于激光器中两个波长之间的相互作用。实验发现饱和吸收体在产生光畴壁中起到重要作用。如果去掉饱和吸收体，光畴壁暗脉冲将无法产生。通过微扰光纤我们还首次观察到了束缚态光畴壁暗脉冲现象。本文系统地研究了超快光纤激光器的动力学特性，全面掌握了超快光纤激光器的关键原理与技术，进一步推动了超快光纤激光器的发展。