高功率皮秒光纤激光器具有光束质量优异、峰值功率高、热稳定性好、集成度高等特性，因此，在材料微加工、超连续谱产生、激光投影、遥感通信、生物医学、光学参量振荡、倍频等方面有重要的应用;高功率皮秒脉冲串光纤激光器因具有低的重复频率、大的串脉冲能量以及低的热效应，因而在材料加工、材料烧蚀、高速光通信、激光诊断、流场分析以及激光雷达等领域应用极为广泛。本文围绕高功率皮秒脉冲光纤放大技术、高功率皮秒脉冲串光纤放大技术等展开系统的研究。　　本论文的主要研究工作与成果如下:　　一、高功率皮秒脉冲光纤放大技术研究:　　(1)针对高功率皮秒脉冲多级光纤放大结构光谱展宽严重和非线性效应严重问题，采用窄线宽全固态皮秒激光器作为振荡器，利用掺镱大模场光纤对皮秒脉冲进行单级光纤放大，通过结构优化，极大缩短增益光纤长度，并有效抑制光谱展宽和受激拉曼散射(SRS)。放大器输出脉冲特性为:平均功率130W，光光转换效率为75％，放大后光谱线宽仅为0.1nm，重频73.5MHz，脉宽35ps，对应峰值功率为51.3kW。　　(2)为有效规避高功率皮秒脉冲光纤放大系统中的非线性效应，实现更高功率输出，采用窄带光纤光栅(FBG)限模法研究全光纤窄线宽百皮秒种子源，并利用三级光纤放大系统，结合必要的非线性管理，实现百皮秒脉冲的线性放大。放大器输出脉冲特性为:平均功率240W，光光转换效率为71％，放大后光谱线宽仅为0.45nm，重频40MHz，脉宽112ps，对应峰值功率为54kW。该系统创新性的采用FBG限模法实现240W百皮秒脉冲输出，在当时为国际上～100ps窄线宽光纤激光器所报道的最高功率输出。　　(3)开展了低重频窄线宽皮秒光纤放大器的研究。针对窄线宽皮秒振荡器，实现不同重复频率（1.89MHz、5MHz、20MHz、46MHz等）和不同脉冲宽度(33ps～102ps)SESAM被动锁模，研究了光纤光栅带宽对光谱展宽、脉冲压缩的影响。采用5MHz窄线宽皮秒种子源进行三级光纤放大，实现平均功率64W，单脉冲能量12.36μJ，峰值功率206kW的皮秒脉冲输出。为保证系统的小型化与全光纤化的特性，对100W、20MHz全光纤窄线宽皮秒激光器进行实验研究，并据此研发百瓦级皮秒工程化样机。　　(4)对高功率非保偏皮秒光纤放大系统的输出偏振特性进行研究，提出针对高功率非保偏皮秒光纤放大系统的倍频方案。采用Ⅰ类温度相位匹配LBO晶体进行倍频，基频光平均功率96W，最终输出皮秒绿光功率46W，倍频转换效率48％。解决了高功率非保偏光源无法倍频的问题。　　二、高功率皮秒脉冲串光纤放大技术研究:　　为获得高功率的皮秒脉冲串输出，传统的方法是采用声光调制器(AOM)等对锁模脉冲截取脉冲串，并通过增加功率放大级数弥补功率衰减带来的影响。针对传统声光调制器(AOM)等降频截串产生的功率衰减问题，首次提出了通过固体Q调制锁模振荡器和全光纤化Q调制锁模振荡器实现皮秒脉冲串输出并进行光纤放大的方案，开展了两种实验方案的研究:(1)基于被动Q调制锁模固体激光种子源进行单级光纤放大，分析了脉冲串包络重频、脉冲串包络宽度随泵浦功率的变化。实现平均功率85W、脉冲串能量0.5mJ、串内280个子脉冲的皮秒激光输出。(2)开展基于全光纤化Q调制锁模激光种子源的高功率脉冲串光纤放大器的研究，并在国际上首次实现平均功率166W、脉冲串能量8.3mJ的无任何同步脉冲选择的脉冲串皮秒光纤放大输出。　　三、功率比连续大范围可调的双波长固体激光振荡器研究:采用Nd∶LuVO4线性复合腔结构，通过改变四分之一玻片光轴方向与薄膜偏振片水平偏振方向之间的夹角，以连续调节1064nm激光器的偏振损耗，实现1064nm和1342nm的功率比从8/1到1/200连续可调，为双波长被动锁模皮秒振荡器和光纤放大器的研究奠定基础。