高阶模式脉冲激光器具有光束质量好、输出功率高、调谐范围宽、脉冲宽度窄等优点，同时激光横模模式为高阶模式或特殊模式。调Q技术主要分为主动调Q和被动调Q两种。相比较于主动调Q在激光腔内插入有源的调Q器件，被动调Q技术只需要插入可饱和吸收体就可以实现调Q激光输出，具有成本低且容易实现全光纤结构的优点而被广泛关注。可饱和吸收体(SA)作为被动调Q技术的关键，一直以来是人们研究的重点。一般而言，调Q脉冲输出的横模模式近似为高斯模式，但是高阶模式及特殊模式的脉冲激光在某些领域有着特殊的应用。高阶模式被大量的应用在光纤通信传输、激光精细加工和量子信息中，特殊模式主要应用在微观粒子操控等领域。产生高阶模式脉冲激光主要分为两部分：一部分为通过被动调Q技术实现稳定脉冲输出，另一部分对脉冲激光横模进行模式调控。因此，本文一方面研究了新型二维材料-二硒化铪(HfSe2)作为可饱和吸收体产生稳定的调Q脉冲，另一方面使用空间光调制器(SLM)作为横模调制器件，通过数字全息来实现高阶模式的脉冲输出。
　　论文的主要研究内容和创新点如下：
　　1.研究了新型过渡金属硫化物HfSe2的光学性能，测量HfSe2在1.0μm及1.5μm波段的非线性光学特性，使用拉曼光谱仪及原子力显微镜对HfSe2进行表征。得到HfSe2是一种性能优异的可饱和吸收材料。
　　2.首先采用机械剥离法制备HfSe2薄片，通过转移到光纤纤芯的方法制备了封闭的HfSe2-SA，并搭建了被动调Q掺镱光纤激光器。增加泵浦源功率及调节偏振控制器，实现了波长在1063.5nm，重复频率在35.77kHz增加到93.18kHz，脉冲宽度从5.23μs减少到2.43μs变化的调Q脉冲输出。然后采用液相剥离法制备了HfSe2薄膜，将制备的HfSe2薄膜转移到拉锥光纤的锥区，形成可饱和吸收器件并插入掺铒光纤激光器谐振腔内。实现波长在1532.3nm，脉冲重复频率变化范围从42.3kHz增加到88.2kHz，脉冲宽度变化范围在3.3μs到1.8μs变化的调Q脉冲输出。据我们所知，这是首次将HfSe2作为可饱和吸收体实现被动调Q脉冲输出。实验上为实现高阶模式调Q脉冲做好了准备。
　　3.基于衍射理论、光学频谱分析和4f系统理论出发，研究基于空间光调制器产生高阶模式脉冲激光的产生方法。分析高阶模式和特殊模式的光场分布和相位特性，研究高阶模式和特殊模式的空间相位全息函数。基于MATLAB模拟高阶模式、Airy模式及Airy模式角度变化的相位全息图。搭建基于环形腔结构的光纤激光器和空间光调制器的空间光路系统。相位全息图实时通过计算机加载到空间光调制器上，实现了基模调Q脉冲转换为高阶模式脉冲输出。
　　提出了一种简单的产生高阶模式脉冲激光的方法。采用HfSe2作为可饱和吸收体产生调Q脉冲，空间光调制器作为横模调制器件。测量高阶模式脉冲的光场强度分布及脉冲波形并进行分析，验证高阶模式脉冲激光器的可行性。