锁模光纤激光器具有峰值功率高、结构紧凑、成本较低等特点,近年来广泛应用于非侵入探测、生物医疗、国防以及太赫兹发生等领域。然而,由于光纤的饱和功率以及激光器内各器件的损伤阈值的限制,锁模光纤激光器的平均输出功率仍然不能满足部分需求。为了获得更高功率的脉冲输出或者特殊波段的脉冲激光,可以搭建光纤主振荡功率放大(Fiber master oscillator power amplifier,MOPA)系统,以锁模激光器作为种子源,将其输出的脉冲注入光纤放大器中放大,获得需要的输出结果。本文对于掺镱光纤激光器及光纤放大器进行了理论和实验研究,主要包括以下几个部分:一、介绍了目前常用的几种光纤激光器中被动锁模机制,调研了近年来激光器的发展现状。对光纤MOPA的研究现状进行了调研并总结。二、利用光纤的非线性耦合模方程及激光器内各器件的理论模型建立非线性偏振旋转(nonlinear polarization rotation,NPR)锁模光纤激光器数值模型,将激光器内各参数对脉冲输出特性的影响进行了研究,获得了多脉冲输出、孤子脉冲以及类噪声脉冲等不同的脉冲类型。三、实验上研制了基于NPR掺镱光纤激光器及保偏光纤激光器。研究了环形激光器的腔长对输出脉冲特性的影响,在短环形腔激光器中获得了输出谱宽13.6 nm、脉宽6.05 nm、重频35.7 MHz的耗散孤子;在长环形腔激光器中获得了3种不同波长范围的单波长锁模脉冲及双波长锁模脉冲输出。四、实验研究了线型腔NPR锁模激光器以及保偏线型腔NPR锁模激光器。在线型腔保偏NPR锁模激光器中分别对三种不同腔长的激光脉冲输出特性进行了实验,获得了在2.75 MHz重频,输出光谱宽度5.7 nm,最大单脉冲能量为26.9n J的锁模激光输出。对线型腔保偏锁模机制进行了理论分析,与实验吻合较好。五、对光纤MOPA系统进行了数值模拟及实验研究,讨论了泵浦方式、增益纤长度,以及种子光的重频、功率、脉宽对光纤放大器输出特性的影响,讨论了外界干扰光对于连续光放大器和脉冲光放大器的影响。实验中将中心波长在1030 nm附近的耗散孤子脉冲注入到掺镱光纤放大器中,获得了宽光谱的脉冲输出。光谱范围从1050 nm至1570 nm,通过光栅对压缩脉冲,获得2.9 ps的脉冲输出。