近年来，随着对稀土掺杂光纤激光器的探索研究不断深入，掺Tm光纤激光器由于在遥感、激光雷达、医疗、光学参量振荡等领域的重要应用价值成为各国研究的热点。与传统的掺Yb光纤激光器相比，掺Tm光纤激光器的光谱可调谐范围更宽，工作波长一般在2μm附近，处于人眼安全波段，并且非线性效应的产生阈值高，因此在高功率输出方面具有更大优势。基于此，本文对掺Tm光纤激光器展开了深入的理论与实验研究。论文回顾了国内外在连续掺Tm光纤激光方面的进展，介绍了掺Tm光纤激光器在相干合成、谱合成等方面的发展，并阐明了2μm波段的掺Tm光纤激光器在遥感探测、激光雷达、医疗、光学参量振荡等领域的重要应用。针对Tm3+离子能级结构复杂以及激光的产生涉及到复杂的交叉弛豫效应，提出了关于Tm3+离子能级结构的空间传输模型，并将该模型推广到一般掺杂稀土离子激光器。与传统模型相比，有效的解决了对稀土掺杂激光器的功率特性数值仿真时需要较多计算资源的问题，大大提高了计算效率。提出了微扰光波导内电磁场的高阶近似，给出了电磁场的一至三阶表达式以及在一阶近似下适用于一般多模光纤中的模耦合方程，并针对掺Tm光纤放大器分析了多模增益光纤中局部增益、温度变化以及弯曲等各种影响因素对光纤中折射率分布的扰动，并结合模耦合方程对以上各种因素对模式间相互作用的影响进行数值模拟，阐明上述各种因素对多模增益光纤中模式竞争的作用。在理论研究的基础上，本文对掺Tm光纤激光器开展了深入的实验研究。在国内首次成功实现全光纤结构掺Tm光纤激光器百瓦级高功率输出，为向更高功率掺Tm光纤激光器发展奠定了基础；同时，还开展了2μm掺Tm光纤激光器的相干合成实验，为以后多路高功率掺Tm光纤激光器相干合成以获得更高功率的2μm激光光源积累了经验。