星间时间基准同步、地球重力场测量等空间探索任务对脉冲激光光源的脉冲能量、体积大小等关键参数提出了更严苛的技术要求。现有的技术方案要对种子源脉冲激光进行一级或多级放大,这无疑增加了光源装置的复杂性、占据了更多的空间资源。为了直接提升种子源阶段输出的脉冲能量,相关学者们从复式金兹堡-朗道方程出发理论预言了高能量光学脉冲极峰孤子的存在。基于砷化铝镓波导阵列的快速可饱和吸收方法具有结构参数可被优化、损伤阈值高的优势,为实验中生成极峰孤子脉冲激光提供了潜在可能。但尚缺少一个定量的可饱和吸收模型描述光能在砷化铝镓波导阵列中的耦合传递过程,导致波导阵列结构材料参数难以被系统性设计和优化。本课题旨在针对上述问题,建立基于砷化铝镓波导阵列能量耦合分析的快速可饱和吸收模型,并提出对应上述模型的可饱和吸收特性优化方法,搭建实验装置对上述方法进行验证,砷化铝镓波导阵列的调制深度得到了提升,并在基于砷化铝镓波导阵列的脉冲激光器中首次生成极峰孤子。本课题主要研究内容如下:针对现有砷化铝镓波导阵列等效可饱和吸收过程模型缺失、难以对波导阵列材料结构参数进行指导性设计的问题,建立了基于砷化铝镓波导阵列能量耦合分析的快速可饱和吸收模型。在探索砷化铝镓波导阵列的耦合系数与材料、结构参数之间的函数关系式的基础上,分析了耦合系数、非线性系数和多光子吸收系数对砷化铝镓波导阵列中光能传输耦合的影响,得出不同入射光功率密度下波导阵列的输出特性。该模型揭示了砷化铝镓波导阵列物理参数对光能传输耦合过程的作用机理,为砷化铝镓波导阵列的系统性设计奠定了理论基础。针对砷化铝镓波导阵列可饱和吸收模型中多参数相互关联、解耦困难,导致可饱和吸收特性难以优化的问题,提出了基于参数映射和灵敏度分析的可饱和吸收特性优化方法。该方法建立了砷化铝镓波导阵列物理参数、能量耦合参数以及饱和吸收参数的三级映射关系,定量计算每条映射路径的灵敏度并详细分析波导阵列实际制备工艺,筛选出优化效率高、实现难度低的核心物理参数进行局部最优求解,制定了从核心层铝组分入手减弱多光子吸收效应、从波导刻蚀深度入手增强非线性效应、从波导间隔入手调节耦合系数进而提升调制深度的优化策略。实验结果表明,经该方法优化设计后砷化铝镓波导阵列的调制深度从17%提升至35%。针对极峰孤子仅停留在理论预言层面、尚无实验结果观测证实的问题,提出了基于砷化铝镓波导阵列的极峰孤子脉冲激光生成方法。通过分析脉冲激光速率方程和调Q锁模不等式条件,发现可饱和吸收体的调制深度大小、激光器泵浦功率高低是决定能否生成极峰孤子的前提条件,随后通过分析复式金兹堡-朗道方程参数对求解结果的影响,揭示光纤谐振腔整体为反常色散是降低极峰孤子生成难度的重要途径,并据此完成了脉冲光纤激光器各部分的设计,为实验中生成极峰孤子奠定了基础。最后,根据上述内容对砷化铝镓波导阵列物理参数进行优化,设计了大调制深度砷化铝镓波导阵列并搭建了具有高泵浦功率、反常色散谐振腔特性的脉冲光纤激光器,以调制深度为17%的波导阵列为可饱和吸收器件,生成传统调Q锁模脉冲的单脉冲能量为0.45 n J,以调制深度为35%的波导阵列为可饱和吸收器件,首次生成极峰孤子,其单脉冲能量为2.38 n J。砷化铝镓波导阵列的几何尺寸为8 mm×10 mm×0.35 mm,有利于与其它微纳光学器件集成。