本文从理论和实验两方面详细研究了克尔透镜飞秒掺钛蓝宝石激光器的运转特性。利用线性和非线性ABCD矩阵以及小信号光斑变化量等参数对克尔透镜锁模激光器的启动特性,以及SESAM的负克尔效应对激光器锁模启动的影响进行了详细的理论分析;并对直接从钛宝石飞秒激光器产生超连续光谱进行了系统的实验研究。主要包括以下内容:1.基于SESAM的负克尔效应特性,对含SESAM的五镜腔激光器进行了理论分析。结果表明, SESAM的引入可以使激光器的锁模启动工作点更加靠近CW运转的稳区边缘,从而获得更强的非线性,使激光器更容易自启动。因此,SESAM除了其量子阱材料的可饱和吸收效应能启动锁模外,本身的负克尔效应也有助于锁模的自启动。2.从钛宝石激光器的克尔透镜锁模原理出发,基于晶体内激光和泵浦激光耦合情况随腔内功率变化这一事实,给出了克尔透镜锁模过程中类可饱和吸收体的表达式;并利用类可饱和吸收体实现被动锁模的自启动条件,给出了用小信号光斑变化量表示的克尔透镜锁模启动条件。3.利用克尔透镜锁模自启动条件,对常用的四镜腔激光器的启动特性进行了系统分析。结果表明,当四镜腔激光器两臂长度相等时可以获得最大的非线性。同时,可以通过改变激光器相等两臂的长度和聚焦透镜的焦距对激光器进行优化,进而提高谐振腔的有效非线性。4.提出一种易启动和高稳定的克尔透镜锁模激光器新型谐振腔,即在谐振腔的一臂引入一个具有大曲率半径的球面反射镜。此新型腔结构的有效非线性变量可以得到大幅度的增加,自启动锁模的稳区调节面积也大大增加。5.直接从运转在自调Q自锁模状态下的钛宝石激光器获得超连续光谱输出,光谱范围覆盖一个倍频程(460nm~1100nm),首次实现钛宝石飞秒激光器的输出光谱在短波方向突破500nm。