利用锁模技术产生的持续时间极短的激光被称之为超短脉冲激光。相比于传统连续激光器,由于其与物质相互作用时间超短、过程超快,在超快光学领域、生物医疗领域、工业加工领域、军事国防领域都有着非常重要的应用并展现出了巨大的优势。最近几十年间,超短脉冲激光器和放大器发展迅速,各式用于产生超短脉冲激光的光学系统如雨后春笋。在这些系统中,使用稀土掺杂光纤作为增益介质的超短脉冲激光器,更易于使产品小型化、激光系统稳定化、空间模式优良化。因此,使用光纤作为激光器主要结构的超短脉冲激光器和放大器有着更为广泛应用。本论文从理论和实验两个方面研究了一些新型的超短脉冲光纤放大技术。有别于传统的啁啾脉冲放大,这些技术主要包括以下三个方面,分别是基于棒状光子晶体光纤的纳秒脉冲直接放大技术、基于脉冲相干合成的皮秒脉冲分离放大技术以及飞秒脉冲的非线性放大技术。在这些超短脉冲光纤放大技术中,分别使用了两种不同稀土离子掺杂的增益光纤放大器(掺镱增益光纤和掺铒增益光纤)。通过对这些技术的研究,掌握了新型光纤的使用,了解了新型放大技术的原理,并将这些技术转化为了相关产品。这些产品部分已被应用于科研教学,雷达测距,激光微加工,超连续谱的产生及飞秒光频梳等领域。本论文所研究的主要内容及创新点如下:一、对高能纳秒脉冲放大系统进行了研究。该系统使用了一台单纵模直接调制半导体纳秒激光器作为种子源,利用掺镱大模场光纤和新型棒状光子晶体光纤对脉冲进行了两级放大。通过调整这两级放大器的泵浦功率,有效的抑制了自发辐射噪声(ASE)和受激拉曼散射(SRS)。最终得到了低重复频率、高能量、高信噪比、高光束质量的纳秒脉冲。放大器输出的脉冲特性为:脉冲重复频率10k Hz,平均功率10W,单脉冲能量1m J,脉冲宽度2.2ns,脉冲峰值大于450k W,ASE噪声低于信号25d B,SRS噪声低于信号27d B。这一工作中,使用掺镱棒状光纤对纳秒脉冲进行放大为国内首次报道,且毫焦量级的单脉冲能量为当时国内纳秒脉冲光纤激光器最高水平。二、对主动控制的超短脉冲分离放大系统进行了研究。该系统包含了基于啁啾脉冲放大(CPA)的主振荡脉冲放大器、全光纤脉冲分光器、单模光纤放大器、空间脉冲合成器、HC脉冲相位探测器以及误差信号反馈系统。通过灵敏地相位探测和高效地信号反馈,保证了分离放大后的脉冲形成稳定的相干合成。最终系统得到了较高合成效率(大于95%),输出的脉冲保持了较高线偏振度(大于93%)。合成后的脉冲光谱和啁啾特性良好,脉冲可被压缩回1ps。合成后光斑保持单模模式,光束质量M2因子在x,y方向上分别为1.23和1.27。另外,通过对系统锁定前后误差信号的分析得知,光程差的误差被控制在约5nm左右。这是国际上首次使用全光纤分光器和免调空间合成器相配合实现的脉冲分离放大系统,并且是国内首次对超短脉冲分离放大技术与相干合成技术进行的研究。三、对飞秒脉冲非线性放大技术进行了研究。通过理论研究分析了放大器中的色散特性和非线性效应。通过数值模拟,设计并实际建立了一套全保偏单模飞秒脉冲非线性放大系统。该系统使用了一台全保偏光纤锁模激光器作为种子源,并利用两级掺铒保偏单模增益光纤作为脉冲放大器,利用必要的色散管理和非线性光谱展宽,实现了种子脉冲的非线性放大。最终输出的脉冲特性为:脉冲重复频率200MHz,平均功率320m W,单脉冲能量1.6n J,脉冲宽度34fs,脉冲峰值功率23.5k W。另外,利用这一脉冲在高非线性光纤中产生了超过一个倍频程的超连续谱。产生的超连续谱短波方向小于1.01μm,长波方向大于2.02μm。该系统创新性的使用增益光纤对脉冲进行预整形,代替了传统非线性放大技术中,由空间色散器件和超长单模光纤组成的脉冲预整形系统,以及使用普通单模光纤代替传统的光栅对作为脉冲压缩器。以上这些均保证了系统的全光纤以及小型化等特点。这一系统的获得的34fs脉冲是目前国际上单模光纤激光器所能得到的最短脉冲。