以单模掺杂光纤为增益介质的脉冲光纤激光器已经得到了深入的研究,这种光纤激光器输出的单脉冲能量与峰值功率主要受限于单模光纤较小的横截面积导致的强非线性效应,为了得到更高的单脉冲能量与峰值功率,最直接的方法就是扩大纤芯面积,使用大模场光纤。本文采用实验的方法,选用掺铥多模光纤作为增益介质,通过设计和优化谐振腔构型,深入研究了2微米多模光纤激光器的脉冲产生及相关特性,并实现了横模控制,提升了2微米光纤激光器的性能。首先,采用半导体可饱和吸收体(SESAM)作为调制器件,实现了2微米阶跃折射率多模光纤锁模,获得了平均输出功率10.6W、最大单脉冲能量530nJ、最大峰值功率为17kW的高功率2微米脉冲激光,并探索了横模与纵模的耦合特性。其次,为了实现对多模光纤的横模进行控制,进一步探究横模和纵模之间的关系,在谐振腔中引入了光纤布拉格光栅。基于多模光纤光栅的反射特性,空间横模与纵模(光谱峰位)存在一一对应关系。通过该光纤光栅的纵模选择特性,结合谐振腔反射镜的空间滤波,实现了对多模光纤的横模控制。研究发现,通过模式控制,基于SESAM调制的多模光纤激光器可以实现单一高阶模的调Q或锁模激光输出。调Q运行时,输出的激光脉冲平均功率最高为5.58W,最大脉冲能量为46.10μJ,对应的峰值功率为57.63W;锁模运行最高脉冲能量为38.8nJ,最高峰值功率为9.88kW,脉宽为3.9ps。这种基于多模光纤高阶模运行的脉冲光纤激光器,其输出激光性能远高于以单模光纤为工作物质的光纤激光器,显示了多模光纤在提升光纤激光器单脉冲能量和峰值功率方面的巨大潜力。同时,多个模式之间的非线性相互作用,多模光纤光栅的独特选模特性,都为进一步探究多模光纤孤子的动力学特性提供了优异的研究平台,有助于发现新颖的非线性光学现象。