2μm大能量脉冲激光器在生物医学、材料加工、光通信和国防等领域具有广泛应用。特别地,全光纤化的2μm大能量脉冲激光器结构紧凑且稳定性好,已成为激光领域的重点研究对象。目前,2μm脉冲激光主要通过调Q技术和锁模技术来实现。在调Q技术中,基于低维纳米材料的被动调Q技术因其制备简便、成本较低受到广泛关注,但材料本身往往存在严重热累积效应,使得输出脉冲能量受限。本文采用Bi2Se3作为可饱和吸收体,通过腔体优化降低了照射在材料上的光强,得到的脉冲可从1935.42 nm连续调谐至2048.85 nm,脉冲最大平均输出功率高达195 m W,最大单脉冲能量可达约3μJ。在锁模技术中,主动锁模使用的主动调制器件结构复杂、成本较高,且对环境变化敏感;被动锁模一般利用可饱和吸收体或非线性效应,前者漂白阈值较低,不适合用于大能量脉冲,后者往往对偏振态敏感,且为维持较强非线性效应往往需使用较大泵浦功率。近年新兴的模间拍频锁模技术,是一种不需锁模元器件的自锁模技术,使腔体更为紧凑的同时减小了损耗,有利于实现大能量脉冲输出。本文将模间拍频锁模技术应用在掺铥光纤激光器中,实现了1964 nm、1983 nm、2003 nm和2056 nm锁模脉冲输出,脉冲平均输出功率均大于97 m W,单脉冲能量均大于10n J。特别是在1983 nm锁模光纤激光器中,实现了平均功率高达1.03 W,单脉冲能量为106.8 n J的高性能脉冲。本论文结构如下:第一章介绍2μm脉冲激光器的研究背景和意义,调研了国内外关于2μm脉冲光纤激光器的研究进展,并说明本文的主要工作内容。第二章介绍包层泵浦技术、调Q和锁模技术的相关原理,并对实现方式进行了归纳,随后描述了模间拍频锁模的工作原理,还介绍了光纤中光脉冲传输理论,对脉冲激光器有了较为深入的了解。第三章主要介绍基于Bi2Se3的2μm调Q光纤激光器。通过优化输出耦合比和腔内损耗,缓解了低维纳米材料热积累严重的问题,获得了平均功率可达195m W的脉冲输出,最大单脉冲能量高达2.96μJ。此外,利用可调谐带通滤波器,使输出脉冲可从1935.42 nm连续调谐到2048.85 nm,覆盖约113 nm的宽波长范围。第四章详细介绍基于模间拍频锁模技术的掺铥锁模光纤激光器。通过使用三种不同波长光栅和自由振荡方式,分别实现波长为1964 nm、1983 nm、2003 nm和2056 nm的锁模脉冲输出。这些脉冲的输出平均功率均大于97 m W,单脉冲能量均大于10 n J。在1983 nm脉冲激光器中,通过优化输出耦合比,其平均功率达到了1.03 W,单脉冲能量高达106.8 n J。第五章总结了本文现阶段已取得的实验成果,并对现阶段的不足进行总结分析,对未来工作进行展望。