高功率光纤激光以其突出优势在工业加工、地球科学和军事国防等领域得到了广泛的应用。在光纤激光系统中,非线性效应与时频特性是紧密联系的,一方面,非线性效应会对光纤激光时频特性产生显著影响,这限制了高功率光纤激光在某些特殊场合的应用;另一方面,光纤激光时频特性是光纤中非线性效应的直观表征,具有不同时频特性的光纤激光,其非线性效应会呈现出不同的特性。本文以高功率光纤激光受激拉曼散射动力学特性为主要研究对象,对光纤激光时频特性和非线性效应之间的内在关联性开展系统研究,主要内容如下:1、提出了光纤激光时频特性演化的普适性分析方法。联立求解含时速率方程和非线性传输方程,综合考虑两者之间的联系和区别,通过分析时域或光谱演化过程,实现对光纤激光时频特性产生及演化过程的精确描述。基于光纤放大器的光谱演化过程,数值计算说明了种子激光时频特性和放大器结构参数对光纤放大器中受激拉曼散射阈值特性的影响,阐明了决定光纤放大器受激拉曼散射阈值特性的物理根源。2、基于光纤种子激光的时域演化过程,阐明了多纵模振荡器和滤波超荧光光纤激光中的脉冲产生机理。数值计算结果表明:对多纵模振荡器而言,与光强相关的非线性效应是引起多纵模振荡器中存在强的时域起伏的重要原因;类弛豫振荡脉冲、自锁模脉冲和类湍流脉冲均为多纵模振荡器的本征时域特性。对超荧光光纤激光而言,泵浦光功率不会对超荧光光纤激光的时域特性产生影响;滤波过程增强了超荧光光纤激光中类湍流脉冲的关联性,使得强的时域起伏脉冲的持续时间变长。3、基于种子激光的光谱演化过程,阐明了多纵模振荡器、超荧光光纤激光和相位调制单频激光等不同种子激光结构参数对光纤放大器中受激拉曼散射效应的影响。分别从自身的时频特性和基于该种子激光的光纤放大器的输出特性两个方面,分析了种子激光结构参数对其时频特性的影响。对比三种不同种子激光时频特性,基于相位调制单频激光的光纤放大器具有线宽保持及较高的受激拉曼散射阈值功率的优势。4、基于不同横模的光谱演化过程,建立了包含受激拉曼散射效应的大模场光纤放大器光谱演化特性模型,阐明了大模场光纤放大器中受激拉曼散射效应引起模式耦合的物理机制。5、基于时域演化过程,研究了基于拉曼增益的单频拉曼光纤放大器和随机光纤激光器的输出时频特性。针对单频拉曼光纤放大器,分析了单频拉曼光纤放大器中的增益动力学特性和光谱演化过程,阐明了泵浦结构对单频拉曼光纤放大器光谱演化特性产生影响的物理过程;针对随机光纤激光器,分析了腔结构和泵浦激光时域特性对随机光纤激光器时频特性的影响。综合两部分的结果说明了采用时域稳定的光纤激光光源作为泵浦激光能够提升光纤激光器的性能。