飞秒光学频率梳连接了基带频率信号和光学频率信号,使得激光信号精密测量成为可能,在时间频率计量、高精度时间频率传递、超稳微波产生、精密光谱学以及基本物理常数测量等众多研究领域中发挥了重要的作用。目前,光频梳应用场景还在不断增多,一些应用对飞秒光梳的可靠性和主要技术指标均提出了较高的要求。一方面,早期的基于固态飞秒激光的系统环境适应能力较差,不能较好的满足多种特殊环境应用需求。另一方面,宽带频率控制技术,弥补了光纤光梳频率噪声大的缺点,光纤光频梳环内频率控制稳定度已经与固态光频梳相当;因此越来越多的应用系统选择了基于光纤激光器的系统;其中掺铒光纤光频梳激光中心波长在1.5微米,由于波导材料在该波段色散接近于零,可以方便的构建高可靠的激光光源,因此成为了空间应用和户外应用的首选。掺铒光纤光频梳直接输出频谱范围不能覆盖许多应用所需的目标波长,需要应用频谱转换技术将其工作波长进行扩展。本文针对掺铒光纤光频梳频谱转换应用需求开展了飞秒激光源、非线性放大和激光超连续谱产生的研究,旨在为掺铒光纤光频梳光谱转移设计提供参考依据,尤其是高非线性光纤参数选择和应用方法。本论文的主要研究内容及创新结果如下:1.设计并实现了高可靠的1.5微米激光源。该光源基于非线性偏振旋转（NPR）和非线性环形放大镜（NALM）两种锁模机制,继承了两种锁模机制共同的优点,具有自启锁,转化效率高,锁模裕度大,噪声水平低的特点。激光器重复频率为168 MHz,输出脉冲宽度47 fs,幅度噪声水平为-135d Bc/100 Hz,与目前噪声最低的激光器水平相当。2.利用啁啾脉冲放大技术,搭建了掺铒光纤激光放大器。放大器采用前后两端泵浦的方式,对激光器50 m W、脉宽53 fs、单脉冲能量0.24 n J的脉冲进行了放大,放大后通过调节泵浦功率输出脉冲的峰值功率达到了35 k W、单脉冲能量2 n J、脉冲宽度60 fs,满足后续光谱展宽激光输入条件。3.进行了5种高非线性光纤脉冲展宽特性实验研究。实验中在不同泵浦功率及光纤长度两个维度下,对输出的光谱谱进行了比较研究,产生了覆盖了950 nm到2350 nm的光谱范围。研究结果表明,高非线性光纤产生光谱转移作用的关键参数选择与已有的光子晶体光纤类似,根据色散可以分为三类。处于反常色散泵浦机制下,光谱能量高效地转移至远离入射光的短波处（900 nm至1200 nm）;在正常色散泵浦机制下,光谱能量近似对称的向长短波方向转移;在反常色散与正常色散临界的泵浦机制下,大部分光谱能量均匀的转移至入射光短波一侧。4.以前述实验结果为参考,实现了两例光学频率直接测量应用所需的光谱展宽设计和实验。首先,针对锶光钟频率测量,采用先扩谱的方式,将掺铒光梳的工作波长扩展至锶光钟工作两倍波长处,再利用周期极化铌酸锂晶体进行倍频,最终,梳齿在698 nm处的单模能量达到了1.65μW,与698nm单频激光（0.2 m W）拍频信噪比达到了35 d B（分辨率300 k Hz）。其次,同样利用先扩谱,后倍频的方式,对671 nm处Li原子D1线频率进行了测量,激光拍频信噪比达到了60 d B（分辨率1 Hz）,两例设计均满足了光学频率测试需求。