超短脉冲激光光源因其在物理、化学以及生命科学研究中的重要作用,一直是一个前沿性的课题.光纤激光器由于其固有的能量转换效率高、结构紧凑和可靠性高等优点以成为一个热点领域.目前,对于掺铒超短脉冲光纤激光器的研究已经相当的成熟,性能良好的掺铒超短脉冲光纤激光器已经商品化.掺镱石英光纤因其所具有的高饱和功率、高的光光转换效率以及宽的增益带宽(可支持30fs的变换极限脉冲的产生)等独特特性是获得高能量和超短脉冲的优良的增益介质,越来越受到人们的关注.本文论述了利用非线性光环形镜的8字形腔结构,进行了掺镱超短脉冲光纤激光器产生超短脉冲的理论和实验研究.本文首先对掺稀土元素光纤激光器的发展过程、光纤激光器的分类、优缺点、超短脉冲光纤激光器的最新进展以及应用前景等进行了回顾和总结.接着阐述了各种光纤激光器的锁模原理,其中重点阐述了基于非线性光环形镜的8字形被动锁模光纤激光器的基本原理.比较了工作在正色散(掺镱)和负色散区(掺铒)的光纤激光器的锁模机理.其次对工作在正色散区的非线性环形镜的性质进行了理论数值模拟和实验研究,提出了非线性环形镜的长度对8字形腔掺镱锁模光纤激光器输出频谱宽度的影响.讨论了利用非线性光环形镜的8字形腔掺镱超短脉冲光纤激光器的设计问题.分别对腔内有色散补偿和无色散补偿条件下的掺镱8字形腔激光器进行了实验研究.对实验中观察到的双波长现象进行了讨论.对在有色散补偿条件下的掺镱8字形腔激光器的脉冲在腔内不同位置的动态特性进行了实验研究.最后,通过对腔内各参数的优化,实现了最短180fs,重复频率24MHz的锁模激光脉冲输出.