高功率光纤激光器具有电光转换效率高、光束质量好、热管理方便、结构简单紧凑等优点，已成为目前国际上最受关注、最有发展前景的激光器之一，被誉为最新一代高性能工业激光器、医疗激光器和军用激光器。其中，2μm波段高功率短脉冲掺铥光纤激光器、以及2～5μm波段中红外光纤激光源成为近年来国际前沿性研究热点。2μm波段高功率短脉冲掺铥光纤激光器可广泛应用于激光医疗、人眼安全雷达、非金属材料加工、光电对抗等众多领域，具有其它波段光纤激光器不可替代的重要作用。此外，2μm波段高功率短脉冲掺铥光纤激光器是产生2～5μm波段高功率中红外激光首选的泵浦源之一。本论文主要是对2μm波段短脉冲（飞秒、皮秒、纳秒）掺铥光纤振荡器、2μm波段高功率掺铥光纤放大器、以及2～5μm波段高功率中红外超连续谱激光源展开全面系统的研究。　　本论文主要研究工作和成果包括:　　1.高平均功率(＞200 W)、全保偏结构、2μm波段皮秒脉冲激光输出　　利用光纤布拉格光栅控制锁模掺铥光纤振荡器的脉冲宽度和光谱形状，得到了2μm波段高重复频率、高稳定性、皮秒脉冲激光输出。采用该皮秒脉冲激光作为种子源，率先在国际上研制出了百瓦量级、全光纤结构、皮秒脉冲掺铥光纤放大器，最高平均输出功率为120.4 W，脉冲宽度为16 ps，中心波长为1965nm。此外，设计并搭建了全光纤、全保偏结构、皮秒脉冲掺铥光纤放大系统，得到了平均功率为203 W的线偏振、皮秒脉冲激光输出，偏振消光比＞15 dB，脉冲宽度为15 ps，中心波长为1985nm。该结果为目前国际上2μm波段超短脉冲激光器所产生的最高平均输出功率，该项工作为2～5μm波段高功率中红外激光的产生提供了可靠的泵浦源。　　2.基于石墨烯、氧化石墨烯可饱和吸收体的短脉冲掺铥光纤激光器　　利用石墨烯、氧化石墨烯材料作为可饱和吸收体，结合纤芯泵浦高掺杂光纤技术，率先在国际上研制出了石墨烯调Q纳秒脉冲掺镱光纤激光器、石墨烯调Q纳秒脉冲掺铥光纤激光器、以及氧化石墨烯锁模皮秒脉冲掺铥光纤激光器，得到了70 ns被动调Q激光脉冲输出，该结果为目前石墨烯调Q激光器所产生的最窄脉冲宽度。实验表明石墨烯、氧化石墨烯材料作为可饱和吸收体具有制备简单、成本低廉、光谱响应范围宽等优点，有望在不久的将来成为一种新型、低成本激光锁模、调Q光学元器件。　　3.高功率(＞210w)、单频、单偏振、2μm波段连续激光输出　　利用单频分布反馈DFB半导体激光器作为种子源，搭建了全光纤结构、单频、单偏振连续掺铥光纤放大器，最高输出功率为210 W，激光线宽＜2 MHz，偏振消光比＞17 dB，中心波长为2000.9 nm。该结果为目前国际上2μm波段单频、单偏振激光器所产生的最高平均输出功率。此外，利用光纤超荧光输出稳定、无驰豫振荡、无自脉冲、无纵模跳跃等特性，率先在国际上设计并研制出了百瓦量级、全光纤结构、窄线宽掺铥光纤超荧光光源，使之成为一种兼具荧光和激光特性的新型高亮度光纤光源，最高平均输出功率为120 W，中心波长为1963.5nm，3dB光谱线宽仅为0.12 nm。该高功率、高稳定性、窄线宽超荧光光源为进一步实现高功率多光束激光合束提供了新途径。　　4.高平均功率(＞16 W)、全光纤结构、中红外超连续谱激光源　　利用光纤中的自相位调制、交叉相位调制、四波混频、以及受激拉曼散射等非线性效应，在皮秒脉冲掺铥光纤放大器中，得到了高功率中红外超连续谱激光输出，最高平均输出功率为36 W，光谱范围为1.9～2.4μm。此外，利用研制的高平均功率、高峰值功率、短脉冲掺铥光纤放大器作为泵浦源，级联泵浦单模ZBLAN氟化物光纤，得到了平均功率为16.2W的中红外超连续谱激光输出，光谱范围为2～3.5μm。该结果为目前国际上中红外超连续谱激光源所产生的最高平均输出功率。