近年来,随着激光基础理论和技术的不断发展,大功率(大能量)飞秒激光器在各个领域的基础研究和核心工业生产中已经得到了广泛的应用,例如微纳加工、超快测量、生物医学等。飞秒激光的主要研究方向可以分为低重复频率大能量飞秒激光和高重复频率高平均功率飞秒激光。前者已经比较成熟,而后者尚在起步阶段,特别是高重复频率高平均功率飞秒光纤激光的相关研究还很少。以双包层掺镱增益光纤(Yb-dopeddouble cladding fiber,YDCF)作为增益介质的飞秒光纤激光系统,具有能量密度高、光束质量好、结构紧凑、成本低、长期稳定好等优势。另外,啁啾脉冲放大(Chirped pulse amplification,CPA)技术的提出(2018年诺贝尔物理学奖),极大提高了大功率(大能量)飞秒光纤激光的可行性。因此开发基于YDCF的大功率高重复频率飞秒光纤激光具有很高的技术价值。本论文围绕1.0 μm大功率飞秒光纤激光技术,从高重复频率基频被动锁模光纤激光的理论和实验研究出发,探索全光纤啁啾脉冲放大和非线性啁啾脉冲放大技术,实现100 W级别1.0 μm高重复频率飞秒光纤激光。主要研究内容包括:(1)从传输方程的矢量理论模型出发,结合可饱和吸收体速率方程,分析了短腔中双折射效应对GHz重复频率被动锁模脉冲激光的影响。数值分析结果表明,谐振腔内的弱双折射效应产生偏振旋转矢量孤子(Polarization rotation vector soliton,PRVS),导致高重复频率脉冲激光的不稳定。因此,通过增强腔内双折射效应,实验上解决了由偏振旋转矢量孤子导致的脉冲不稳定性问题,成功实现了中心波长为1.0 μm、重复频率为1.2 GHz的高稳定性线偏振脉冲输出。(2)从传输方程和速率方程出发,建立大功率超快激光放大理论模型,对大功率高重复频率全光纤脉冲放大系统进行设计,并优化其增益光纤长度。以1.0 μm高重复频率基频被动锁模光纤激光器作为种子源,设计并构建了大功率高重复频率全光纤脉冲放大系统。通过级联全光纤放大,获得了平均功率为165 W、重复频率为1.2 GHz的大功率高重复频率超快激光,放大斜率效率为77.8%。其30分钟内的功率抖动小于0.67%,光束质量M2优于 1.4(Mx2=1.39,My2=1.11)。(3)在大功率高重复频率全光纤脉冲放大的基础上,对放大脉冲宽度进行系统优化。通过对非线性效应和色散进行管理,构建啁啾脉冲放大系统,实现了平均功率大于100 W、脉冲宽度为473 fs、重复频率为1.2 GHz、单脉冲能量为0.9μJ的飞秒脉冲激光。