超快激光（超短脉冲激光）在工业加工、国防军工、生物医学、科学研究等方面具有不可替代性。被动锁模光纤激光器的结构简单且设计灵活,同时易于准直,被认为是产生超短孤子脉冲的理想激光光源。被动锁模光纤激光系统中存在能量交换,属于非守恒的耗散系统,其产生的孤子脉冲在某些特定条件下会表现出复杂的动力学特性,一直是激光领域内科研人员的研究热点。本文主要围绕被动锁模光纤激光器输出孤子的动力学特性展开数值仿真和实验研究,主要内容如下:（1）被动锁模光纤激光器的研究背景及理论基础。研究背景方面,总结了基于不同类型可饱和吸收体的被动锁模光纤激光器的系统结构和相关理论,梳理了被动锁模光纤激光器输出孤子的稳态和瞬态动力学特性的研究进展。理论基础方面,介绍了非线性薛定谔方程和金兹伯格廊道方程的构建过程、光脉冲在这两类方程中传输时的数值求解方法以及不同可饱和吸收体的传输函数。（2）被动锁模光纤激光器输出双孤子分子以及三孤子分子动力学特性的数值仿真。对被动锁模掺镱光纤激光器进行理论建模,通过改变激光腔中标准单模光纤的长度,使激光器分别工作在正常色散和反常色散区,在这两种色散条件下,分别研究了系统的小信号增益以及增益饱和能量对于双孤子分子和三孤子分子动力学特性的影响。随着系统中小信号增益或增益饱和能量的增加,单孤子脉冲会分裂为多孤子脉冲,但双孤子分子脉冲不会直接分裂为三孤子分子脉冲,二者间隔出现,其脉冲峰值功率、脉冲宽度以及脉冲能量也会随之改变。小信号增益或增益饱和能量的变化对应于实验系统中泵浦功率的调整,证明了泵浦功率对于多孤子分子脉冲的状态与动力学特性具有重要影响。（3）被动锁模光纤激光器孤子脉动动力学特性的数值仿真。对碳纳米管被动锁模光纤激光器进行理论建模,研究了小信号增益以及输出耦合器的分光比对于孤子脉动动力学特性的影响。在固定输出分光比下,随着小信号增益的增加,存在多种孤子脉动:典型的孤子脉动、具有明显Kelly边带的孤子脉动、伴随着孤子分裂的孤子脉动、类爆炸孤子脉动以及爬行振动孤子分子。（4）被动锁模光纤激光器孤子脉动呼吸特性的数值仿真与实验研究。构建了反常色散非线性偏振旋转被动锁模光纤激光器的理论模型,研究了偏振控制器的角度对于孤子脉动呼吸特性的影响,包括不同的时域演化特性,呼吸周期的变化和光谱形状的改变。随后,搭建了基于色散傅立叶变换技术的实时光谱测量系统,从实验角度验证了孤子脉动的呼吸特性。