超短脉冲光纤激光器具有高平均功率、高峰值功率、高转换效率等优点,2μm波段激光以其在医学、军事、科研等领域的巨大应用价值成为研究热点。为了获得高功率2μm波段脉冲激光的稳定输出,通常采用啁啾脉冲放大（CPA）技术来实现。2μm波段脉冲激光还可以进一步进行光谱展宽,实现宽光谱的脉冲输出。本论文重点围绕高功率掺铥光纤放大器以及超连续谱产生展开研究,主要工作如下:第一部分,对课题的研究背景及意义进行阐述,调研了新材料被动锁模光纤激光器、超短脉冲掺铥光纤放大器以及中红外超连续谱光源的国内外研究进展,明确了本文的研究方向。第二部分,被动锁模光纤激光振荡器研究。对被动锁模光纤振荡器进行了理论分析,利用非线性薛定谔方程分析了腔内脉冲动力学过程,介绍了锁模光纤振荡器中的脉冲工作机制,阐述了可饱和吸收体的被动锁模技术。分别研究了铥离子和镱离子的能级结构与光谱特性,并搭建了基于SESAM锁模的掺铥光纤振荡器,获得了重复频率为44.31 MHz,光谱宽度为0.3 nm,脉冲宽度为63 ps的2μm锁模脉冲输出,激光输出的平均功率为4 m W;搭建了基于KP₁₅锁模的掺镱光纤振荡器,实现了重复频率为15.65 MHz,光谱宽度为5.6 nm,脉冲宽度为30ps的978 nm锁模脉冲激光输出,输出平均功率为7.24 m W。第三部分,高功率超短脉冲光纤放大器研究。首先概述并简要分析了有关掺铥光纤放大器的基本理论,包括铥离子的速率方程以及脉冲在光纤放大中的色散与非线性效应。在此基础上,以SESAM锁模掺铥光纤振荡器作为种子源,采用CPA技术,对种子光源进行多级功率放大,实现了平均功率为125.8 W的2μm皮秒脉冲激光输出。进一步对放大光路及增益光纤进行设计和优化,实现了58.39%的光转换效率。第四部分,2μm皮秒激光泵浦ZBLAN光纤的超连续谱产生研究。通过非线性薛定谔方程模拟了ZBLAN光纤中超连续谱产生过程。采用2μm皮秒激光光源进行了中红外波段非线性光谱展宽实验,获得了波长达2.75μm以上的超连续谱（SC）输出,整个实验系统为全纤化结构。