超快激光技术在科研、工业以及生物医学等领域均有着重要且广泛的应用。超快光纤激光器的成本低、易维护,随着脉冲演化与锁模机制的发展,逐渐在超快激光领域占据一席之地。其中,基于非线性放大环镜锁模的9字型（Figure-9）光纤激光器具有可自启动、噪声低、稳定性高的优势,提升Figure-9光纤激光器的性能指标对于超快光纤光学领域的发展具有重要意义。本文以对多种不同的脉冲演化机制的Figure-9超快光纤激光器的特性研究为重点,主要内容以及创新点包括:第一,论述了目前基于不同可饱和吸收体和腔内脉冲演化机制的超快光纤激光器的原理和研究现状。阐明了超快光纤激光领域的困难之一是可自启动且长期稳定运转的锁模光纤激光振荡器的特性优化。基于此,论述了自启动且稳定的Figure-9超快光纤激光器的研究现状,阐明了Figure-9光纤激光器的研究现状和存在的问题,讨论了 Figure-9超快光纤激光器的锁模原理和结构。数值模拟分析了孤子、色散管理孤子、耗散孤子以及窄带耗散孤子Figure-9光纤激光器中脉冲的演化行为;第二,首次提出了 Figure-9超快光纤激光器中,限制超短脉冲窄化的因素。论文对色散管理Figure光纤激光器进行了解析分析和数值模拟分析,得到以下结论:Figure-9激光器中超快光纤存在双向传输的脉冲,输出脉冲是由双向传输脉冲相干合成的结果。相干合成脉冲质量以及脉宽与双向传输脉冲参数比如脉宽、幅度以及携带啁啾等多个参量相关,难以综合优化;实验上我们实现了55fs脉冲输出,并为脉冲的进一步窄化提供了可行性方案;Figure-9超快光纤激光器脉冲窄化的研究对于发展任意波产生、光学频率梳、高速光采样等领域具有重要价值。第三,研究并阐明了 Figure-9光纤激光器输出脉冲能量低的原因在于可饱和吸收体的过度驱动,并首次提出激光器的自启动特性以及过度驱动特性与非线性放大环形镜的非对称性以及非互易相移器引入的线性相移之间的关系;基于我们的分析,提出了一种通过程序联调线性相移和泵浦功率提升自启动的Figure-9超快光纤激光器脉冲能量的方法。并在色散管理Figure-9超快光纤激光器中验证了这种方法,将脉冲能量由初始的0.36nJ提升到了1.4nJ。这种方法首次从Figure-9激光器的可饱和吸收机制出发,解决了 Figure-9激光器脉冲能量的限制,若将本方法应用于耗散孤子/放大自相似子激光器乃至大模场光纤激光器中,将有望实现脉冲能量的数量级的提升,这对于发展自启动且环境稳定的高功率超快激光器具有重大意义。第四,论述了低重复率窄带皮秒脉冲的研究现状和实现低重复率脉冲输出的限制因素,并首次提出了一种降低窄带皮秒Figure-9激光器重复率的方案,通过理论模拟和实验均验证了降低重复率的方案,并实现了～20ps、848kHz和～10ps、1.7MHz窄带皮秒脉冲输出;所研制的低重复率窄带皮秒激光器可自启动、不易失锁,可作为高功率固体放大器的种子源,实现稳定低重复率高功率皮秒脉冲,应用于精密加工、拉曼光谱分析等领域。本文对于Figure-9超快光纤激光器的不同脉冲演化域进行了深入研究,并且分析了Figure-9激光器的输出脉冲特性影响因素,阐述了输出脉冲窄化的限制因素,提出了两种新的方法来优化Figure-9超快光纤激光器的输出脉冲特性。拓宽了自启动、低噪声Figure-9激光器的性能指标,对于超快光纤激光领域有着极其重要的意义。