2μm激光处于大气透明窗口和人眼安全波段，被广泛的应用于激光遥感、激光医疗和材料加工等领域，其中2μm脉冲激光器是获得3⁵μm中红外波长参量振荡输出理想泵浦源。和2μm固体激光器相比，全光纤掺Tm³⁺脉冲激光器具有结构紧凑和抗干扰能力强等优点，但受到器件工艺等因素限制，关于全光纤掺Tm³⁺脉冲激光器及放大器的研究鲜有报道。本论文以获得2μm全光纤掺Tm³⁺脉冲激光器，并将其作为种子源进行全光纤掺Tm³⁺脉冲放大器的探索研究作为基本出发点，分别从理论和实验方面详细研究了带内泵浦的增益开关掺Tm³⁺光纤激光器激光特性以及全光纤掺Tm³⁺脉冲放大器的输出特性，期望为相关领域发展做出一定贡献。理论方面，首先在考虑功率重叠因子和Stark能级分裂情况下，建立带内泵浦的掺Tm³⁺光纤激光器速率方程理论模型，推导出了反转粒子数、腔内光子数、阈值能量、脉冲提取效率等解析式，并在此基础上对激光器的上能级粒子数、腔内光子数、脉冲建立时间、脉冲宽度等参数时间特性进行研究；文中还建立掺Tm³⁺光纤激光器的行波方程理论模型，讨论了上能级粒子数、腔内光子数沿光纤轴向变化情况，并研究了腔内可提取能量和激光器功率输出特性。其次，在考虑ASE对LMA高掺杂光纤放大器输出特性影响的基础上，建立了掺Tm³⁺光纤放大器的速率方程理论模型，分别对其在稳态放大和脉冲放大情况下进行数值仿真。在稳态放大情况下，研究了上能级粒子数、泵浦光和ASE沿光纤轴向分布情况；在一定泵浦功率下，分析了种子光功率和增益光纤长度对放大器功率输出特性的影响；在脉冲放大情况下，研究了不同重频和泵浦功率下，上能级粒子数和ASE沿光纤轴向分布情况，分析了脉冲输出能量和光纤存储能量随时间变化情况，以上理论分析为掺Tm³⁺光纤放大器实验研究奠定基础。实验方面，首先进行了1558nm双级脉冲掺Er³⁺光纤放大器实验研究，分别对每级放大器的输出能量、ASE功率和输出光谱进行详细测量和分析，讨论了ASE抑制与滤除方法。进行了800nm飞秒激光器刻写大芯径多模FBG的实验研究，通过在线监测激光器输出功率与刻写FBG辐射时间的变化关系，并结合掺Tm³⁺光纤激光器速率方程模型对FBG反射率和纤芯折射率调制等光栅参数进行估算；进行了紫外曝光法刻写了单模FBG实验研究，并使用宽带光源和高精度OSA对FBG光谱特性进行了研究，获得了中心波长相同，反射率不同的FBG。利用1558nm掺Er³⁺脉冲放大器作为泵浦源和单模FBG作为输入输出镜，进行了全光纤增益开关掺Tm³⁺光纤激光器实验，详细研究激光器的输出功率、脉冲宽度和脉冲建立时间。其次利用空间耦合方式将2054nm Q开关Tm,Ho:YVO4脉冲光耦合入LMA掺Tm³⁺光纤中进行脉冲放大实验，研究了放大器的输出功率、转换效率、光谱特性、光束质量因子、光斑分布情况和放大脉冲波形畸变情况。最后将实验研究的增益开关掺Tm³⁺光纤激光器作为种子源，进行了全光纤掺Tm³⁺脉冲放大器的实验研究，详细测量和分析了放大器输出功率、光谱特性、光束质量因子、光斑分布以及放大脉冲波形情况，最后指出ASE功率积累、寄生振荡和自脉冲效应是影响放大器能量输出的主要因素。