中红外2～5μm波段高重复频率超短脉冲激光器在高速空间激光通信、天文光频梳和精密光谱学等诸多前沿科学技术领域中均具有重要的应用价值。可靠的高重复频率超短脉冲光是提高光通信系统传输速率与传输容量的核心因素,因此提升红外超快激光源重复频率等核心技术指标是推进激光技术及其前沿交叉领域发展的关键。中红外2～5μm波段激光从产生机理上主要分为包含稀土离子掺杂光纤激光器和量子级联激光器等直接产生的中红外激光技术以及借助非线性频率变换的中红外产生技术。掺铥石英基光纤是目前工艺最为成熟的2μm增益材料,光参量振荡等非线性频率变换技术则是实现3～5μm波段激光的主流技术。本论文以中红外2～5μm波段的高重复频率超短脉冲激光技术为研究方向,以2μm波段的掺铥光纤激光器、3～5μm波段的带间级联/量子级联激光器为研究载体,借助激光外调制技术、主动锁模及光参量放大技术等多种高重复频率超短脉冲技术路径,系统的开展对GHz高重复频率光纤激光、重复频率锁定及噪声抑制、中红外高重复频率飞秒脉冲光参量放大等相关工作的研究。现将本文工作总结如下:1、在2μm波段研究了相位调制频谱滤波（SMPM）的高重复频率超快激光技术。搭建了基于铌酸锂电光相位调制器与光纤布拉格光栅的高重复频率掺铥光纤激光器。通过灵活调控相位调制器驱动信号频率,获得重复频率1～10 GHz连续可调的2μm超短脉冲输出。重复频率为10 GHz的超短脉冲信噪比为55 d B,脉宽为50 ps。SMPM系统中相位调制信号无需直流偏置,输出脉冲啁啾极低且易与外部时钟同步,从而在稳定性及可重复性方面表现出优异的性能,在高速光纤通信领域具有巨大的应用潜力。2、研究对比了基于强度调制及相位调制的主动锁模掺铥光纤激光器,通过精细调节电光相位调制器射频驱动信号频率至激光器纵模间隔的整数倍,获得重复频率（14.6 MHz～19 GHz）及脉宽（105～26.5 ps）可调的谐波锁模脉冲,将掺铥光纤激光脉冲重复频率记录提高了一个数量级。19 GHz锁模脉冲的脉冲宽度为26.5ps,信噪比为46 d B。在7 GHz的射频驱动频率下,通过有理数锁模技术获得重复频率分别为14 GHz和21 GHz的超短脉冲激光输出。3、造成主动锁模系统不稳定性的主要原因为频率失谐现象,为消除该失谐效应,首先搭建了基于压电陶瓷的锁相环稳重频SESAM锁模掺铒光纤激光器,获得重复频率为100 MHz,72小时内重复频率漂移量小于3 m Hz,阿伦方差为5.3*10-14@1000 s的稳重频锁模脉冲。随后搭建了再生锁模的掺铥光纤激光器,并在激光器中引入基于压电陶瓷的锁相环腔长锁定模块。率先在2微米波段获得重复频率为10 GHz,16小时内重复频率漂移量小于8 Hz,基频漂移量小于16m Hz的稳定锁模脉冲。重频锁定后的脉冲阿伦方差为2*10-12@1000 s,时间抖动约2.9 ps。4、以PPLN晶体为非线性增益晶体,分别搭建了ICL/QCL作信号光的两套中红外高重复频率飞秒脉冲光参量放大器,首先实现了基于3.45μm连续光ICL的光参量放大,在3.6μm波段获得平均功率为300 m W,重复频率为78 MHz,脉冲宽度为140 fs的脉冲输出,脉冲峰值功率为27.4 k W,参量系统将信号光的峰值功率放大了9*10~6倍。其次,实现了外腔QCL的光参量放大,获得4.41～4.7μm可调谐飞秒脉冲输出,其中4.56μm的超短脉冲激光平均功率为200 m W,重复频率为78 MHz,脉宽为337 fs,峰值功率为7.6 k W,信号光峰值功率被放大了1.2*10~6倍。