2-20 μm中红外激光因其波段的特殊性,在通信、传感、军事、医疗和科研等领域有着重要的应用前景。在众多中红外激光的产生方法中,中红外光纤激光器具有结构简洁、易维护、稳定性好和转换效率高等优点而深受科研界的关注。尤其是中红外超短脉冲光纤激光器,它不仅拥有光纤激光器的固有优点,还具有高的峰值功率、较低的能耗和超快时域特性。为此,开展中红外超短脉冲光纤激光器研究将是十分有意义且刻不容缓的工作。然而,目前针对中红外超短脉冲光纤激光的研究面临着以下问题:1)无法实现紧凑的全光纤化锁模,需要借助复杂的光学系统;2)依赖稀土离子（Er3+、Ho3+、Dy3+等）的锁模激光波长有限,在光谱上形成了一系列间隙（如:2.1-2.7μm）。为此,本学位论文旨在发展小型化、全光纤、高性能的中红外超短脉冲激光源,来弥补稀土离子锁模光纤激光器因能级限制而形成的光谱间隙。论文主要围绕高性能的2-3 μm全光纤超短脉冲激光源这一前沿研究热点,在理论和实验上开展了一系列的研究工作,并取得了一定的创新性成果,如下:1)利用不对称光纤耦合器构建非线性光纤环镜,结合高增益的双包层稀土光纤的优势,开展2 μm波段耗散孤子谐振（DSR:dissipative soliton resonance）短脉冲激光产生,首次实现了峰值功率高达84 W和最长波长为2080 nm的锁模脉冲输出;2)基于高容忍的同步泵浦技术,在97 mol.%GeO2掺杂的锗芯光纤中实现了 2166 nm亚纳秒脉冲输出;3)基于非线性薛定谔方程,系统的理论模拟了64 mol.%GeO2掺杂的锗芯光纤产生2-3 μm中红外超短脉冲的形成与演变;4)基于拉曼孤子自频移效应实现了 2-3 μm连续可调的拉曼孤子产生。研究结果为小型化、全光纤、高性能中红外超短脉冲激光源的产生提供一个切实可行的方案。论文的具体研究内容概括如下:Ⅰ)高功率大能量DSR锁模光纤激光器研究。首先基于非线性光学环形镜（NOLM-:nonlinear optical loop mirror）技术在哑铃型铒镱共掺双包层光纤激光器中成功获得了平均输出功率为1.2 W,峰值功率高达700 W的DSR脉冲。随后,我们将NOLM技术应用到了 2μm波段,在“σ”型掺铥双包层激光器中获得了平均功率为1.4W,最大单脉冲能量为353 nJ,最大峰值功率为84 W的DSR脉冲输出,并对NOLM环内光纤长度对激光性能的影响做了深入的研究。最后,为了将DSR脉冲的波长进一步向长波长方向拓展,利用宽带反射镜替代了 2 μm光栅使激光器自由振荡状态,从而获得了中心波长为2080 nm的DSR脉冲输出。Ⅱ)2166 nm中红外同步泵浦拉曼光纤激光器研究。基于高容忍度的同步泵浦技术,采用1981 nm类噪声脉冲作为泵浦源对22 m的锗芯光纤和2个高反2166nm光栅构成的拉曼谐振腔进行泵浦。实验中,通过调节两个激光器内匹配光纤的长度,使得拉曼激光器腔的腔重频与类噪声脉冲（NLP:Noise-likepulse）的重复频率相一致,从而达到同步泵浦的条件,从而获得了中心波长为2166 nm,最大平均输出功率约为52.65 mW,脉冲宽度从0.9到4.4 ns可调的拉曼激光。Ⅲ)2-3 μm可调谐中红外全光纤拉曼孤子产生的研究。首先基于广义的薛定谔方程对1965 nm 240 fs超短脉冲在64 mol.%GeO2掺杂的锗芯光纤中传输后拉曼孤子的产生与演变进行了系统仿真分析。随后,在数值仿真结果的指导下,我们设计了相关的实验光路进行验证。采用两级放大系统对自制的1965nm锁模光纤激光器源进行放大后注入10 m 64 mol.%GeO2掺杂的锗芯光纤中来实现拉曼孤子的产生。利用拉曼孤子自频移效应,我们获得了 2.01-2.42μm可调谐的拉曼孤子,拉曼孤子最大平均功率约为27.3 mW,最大脉冲能量为0.94 nJ,峰值功率为3.6 kW。最后,我们对拉曼孤子自频移系统进行优化,成功在掺铥双包层放大器和94mol.%GeO2掺杂的锗芯光纤中分别实现了一级和二级的拉曼孤子自频移。在一级拉曼孤子自频移系统中拉曼孤子中心波长可以从1957nm频移至2153 nm,并且在二级拉曼孤子自频移系统中拉曼孤子可以进一步红移从2157至2690 nm。