飞秒光纤激光器得益于超快的时间特性、极佳散热性、操作简单、无需专人维护、运转稳定和输出功率高等优势在激光器领域占据重要地位,具有开阔的应用市场,所以研究和开发性能优良的飞秒光纤激光系统十分重要。本文以新型光纤激光器及放大器的设计开发为出发点,研究从锁模原理到脉冲在光纤中演化的动力学行为给出激光器设计理念,开展了一系列基于新型光纤激光器的实验研究,优化激光器的结构和输出特性,并成功研制了一套高功率全保偏光纤结构的飞秒激光放大系统。(1)介绍了目前在全保偏光纤激光器中常用的锁模技术,并提出了结合各自优势的新型锁模方式,研究了脉冲在光纤中受色散和非线性影响的动力学行为,并借助光子色谱技术观测锁模瞬态过程,为研究锁模技术提供实验依据。(2)研究光纤系统中不同色散分布对脉冲演化的影响,开展了基于可饱和吸收体锁模的线形腔结构掺镱和掺铒光纤激光器的实验研究,借助空间元件探索最佳的工作条件,在此基础上构建了全保偏光纤结构的线形腔激光器,为开发新型激光器积累了丰富的实验资料。(3)在线形腔结构的基础上研究了非线性放大环镜与半导体可饱和吸收体结合的混合锁模环形腔全保偏光纤激光器,在掺镱全正色散分布和掺铒全负色散分布的情况下均得到了输出性能优良的超短脉冲,并进一步将掺铒全负色散分布的光纤激光器作为种子源研制了自相似脉冲放大器,得到了重复频率100.09MHz,平均功率225.6mW,光谱宽度55.72nm,脉宽70fs的脉冲输出。(4)改良全负色散分布的环形腔光纤激光器结构,增加调节自由度,通过在谐振腔内插入一段高非线性光纤实现了输出功率特性的被动调节。在非线性放大环镜中再额外增加一个放大单元,通过独立调节两个泵浦电源的输出功率构建了可编辑输出比的激光器结构,增大锁模范围,优化了脉冲输出特性。(5)建立放大器设计模型采用分级放大的方法提高脉冲增益,给出利用非线性补偿增益窄化效应对展宽后脉冲宽度的要求,丰富放大器的设计思路。研究了啁啾脉冲放大的设计方案和基于自相似演化放大脉冲的方法,在实验室研制了一套输出功率20.66W的三级级联脉冲放大系统。