由于被动锁模光纤激光器结构简单,较为紧凑,发射的激光具有优良的光束质量、优异的稳定性,较高的成本效率,使其广泛应用于激光加工、光学传感、精密工业加工等领域。其中,非线性光纤环形镜（Nonlinear Optical Loop Mirror,缩写NOLM）以其优良的非线性特性和较高的响应速度得到了广泛的关注。随着对光纤激光锁模行为的研究,耗散孤子脉冲出现一些奇异脉冲现象:如耗散孤子、噪声型孤子、矩形与高斯型复合孤子、光学奇异波等现象,其中光学奇异波的产生机制及特性是前沿课题之一。本文在NOLM锁模掺镱光纤激光器的基础上,通过理论分析与实验研究相结合,研究了光学奇异波脉冲的形成及演化过程。另外,本论文中还直接对种子源的耗散孤子脉冲进行主振荡放大,探究皮秒耗散孤子脉冲的放大特性。主要研究内容如下:在理论方面,我们以广义非线性薛定谔方程为理论基础,通过达布变化,给出了二阶光学奇异波的解析解,之后构建光学奇异波物理模型,通过分步傅里叶算法仿真模拟了掺镱光纤中光学奇异波的产生过程,同时利用控制变量法分析了小信号增益与群速度色散系数对光学奇异波形成及特性的影响,发现随着小信号增益的增大,形成的光学奇异波效果更好;而群速度色散系数对光学奇异波的影响则是负向的,即随着群速度色散系数的增大,光学奇异波效果反而更差。之后,我们构建了环形腔内光脉冲的传输模型,分别模拟了接入无源光纤时不同光纤长度对脉冲放大后的时域、频域的影响,以及接入增益光纤时增益系数、光纤长度和入射脉冲能量对脉冲特性的影响,分析了其中的非线性作用。在实验方面,我们首先建立了NOLM锁模掺镱光纤激光器,接入高非线性光纤,实现了耗散孤子矩形脉冲输出,当泵浦功率增加时,脉冲宽度呈线性增加,峰值功率呈下降趋势。之后通过改变偏振状态实现了光学奇异波脉冲的输出,脉冲不稳定,峰值极高,且脉冲峰值分布符合L型统计。在光学奇异波的光谱中观察到了七阶斯托克斯拉曼峰,且当泵浦功率的增加时,光谱宽度也越来越宽。接下来为了研究皮秒脉冲放大的特性,我们先对自制种子源进行了测试,发现随着输入电流的增加,脉冲宽度基本不变,脉冲峰值越来越大。之后将种子源与1000m的无源光纤相连,结果发现,脉冲出现展宽,峰值功率显著降低。对光谱进行测试,发现了光谱顶端变平缓的现象。本文通过理论与实验相结合,研究了锁模光纤激光器中耗散脉冲的产生及特性,其中包括矩形脉冲与光学奇异波脉冲两种脉冲形式,同时,还对皮秒级耗散孤子脉冲的放大进行了相关研究。研究发现,在耗散脉冲的产生过程中,非线性作用严重影响着脉冲的输出特性,尤其是小信号增益和群速度色散系数在光学奇异波脉冲的演变过程中起到重要影响;皮秒脉冲在放大过程中自相位调制作用会导致脉冲光谱叠加,这是在后续研究中需要考虑补偿的。本论文研究内容对于理解光学奇异波的物理机制、脉冲特性,以及皮秒耗散孤子脉冲的放大特性具有重要的意义,以上研究结果在光通信、光信息处理、医学、精加工等领域具有一定的参考价值。