掺稀土元素光纤激光器和超短脉冲技术是近年来国际上十分热门的两个光学研究领域,本文着眼于结合这两个领域相关技术的优势,以国家863-416项目“掺Yb光纤激光器的关键技术研究”为背景,针对神光Ⅲ前端系统亟待解决的问题,对应用于神光Ⅲ前端系统的高性能普通掺Yb³⁺光纤激光器和掺Yb³⁺光纤超短脉冲锁模激光器进行了深入的研究:将计算机仿真和具体实验相结合,对掺Yb³⁺光纤激光器输出特性参数（阈值功率、输出激光功率、增益等）与腔构参数（光纤长度、输出耦合比、泵浦方式等）之间的关系进行了详细推导,对掺Yb³⁺光纤超短脉冲激光器的稳定特性、带宽特性、自启动特性等性能进行了详细分析,并研制出高性能的普通掺Yb³⁺光纤激光器和掺Yb³⁺光纤超短脉冲激光器;利用啁啾光纤光栅的色散补偿特性,提出实现全光纤结构fS量级掺Yb³⁺光纤脉冲激光器的新颖方案;研制出了利用光栅对压缩获得超短脉冲的光纤激光器;研制出可用于自由空间激光通信系统的掺Yb³⁺光纤放大器信号源;并利用偏振主态原理对掺Yb³⁺光纤激光器的可调谐特性进行分析,研制出了宽带可调谐掺Yb³⁺光纤激光器。本文的主要内容与研究成果如下: 1.在忽略放大自发辐射ASE的情况下,从速率方程出发,详细推导出掺镱光纤激光器线性腔和环行腔的阈值功率、增益、斜率效率与输出功率的解析表达式;对波长为980nm的激光抽运掺Yb³⁺光纤激光器进行数值模拟,详尽分析激光器阈值、输出激光功率、增益等重要参数与抽运功率、光纤长度、腔镜反射率、掺杂浓度、输出耦合比、泵浦方式等参量之间的关系。其结合具体实验的数值模拟结果表明:激光器结构参数对性能参数影响很大,结构参数的选择对激光器的优化设计具有重要意义。 2.首次采用高掺杂浓度Yb³⁺光纤研制出了短腔长环形激光器,获得了中心波长为1053.24nm的激光输出:激光器的输出带宽为0.06nm,入纤泵浦阈值功率为55mW,最大输出功率为24.5mW,斜率效率为15.1%,长时间工作稳定性较好,具有应用于ICF前端的潜在价值。 3.从时域锁模方程出发,分析了快速与慢速可饱和吸收体获得超短脉冲的机理,详细讨论了带宽限制、损耗、色散、自相位调制、自振幅调制等因素对