低重复率高能量脉冲激光在微机械加工、生物样品检测、眼外科手术、激光雷达等领域有着重要的应用。传统获得低重复率高能量脉冲激光的方式是采用啁啾脉冲放大技术,这种传统的方式结构复杂,能量利用率低。长腔被动锁模光纤激光器可直接输出低重复率高能量脉冲,而且结构简单,具有很大的研究价值,成为近年来国内外光纤激光领域的研究热点之一。本论文基于非线性光纤环形镜（NOLM）锁模技术,分别对长腔全正色散掺镱光纤激光器和负色散掺铒光纤激光器进行了研究,实现了低重复率、较高能量的纳秒级脉冲激光输出,这种脉冲可以作为多级放大中的理想种子光源,在机械加工、光纤传感等领域具有广阔的应用前景。本文的具体工作内容如下:1.通过数值模拟研究了光纤色散、非线性效应对NOLM锁模脉冲时域波形的影响,分析了光纤激光器谐振腔各参数的作用;基于谐振腔结构和耦合非线性薛定谔（CNLSE）方程组,建立了NOLM长腔被动锁模激光器的理论模型,并分别采用分步傅里叶法和傅里叶谱方法进行了数值求解。2.实验研究了一种低重复率、全光纤、全正色散NOLM被动锁模掺镱光纤激光器。该激光器谐振腔的总长度大约为1502 m,可以输出重复率为133.18 k Hz的锁模脉冲,激光器工作在耗散孤子共振（DSR）区,输出DSR脉冲的宽度和单脉冲能量均随泵浦功率的增加呈线性增大;当泵浦功率增加到414.47 m W时,输出DSR脉冲具有最大宽度761.6 ns,同时单脉冲能量达到最大值60.2 n J;通过改变谐振腔中单模光纤的长度,研究了谐振腔的长度对输出脉冲特性的影响,结果表明,谐振腔越长,所得DSR脉冲越宽,而脉冲峰值功率越低。3.实验研究了一种工作在DSR区的低重复率、负色散、L波段NOLM被动锁模掺铒光纤激光器。在总腔长4125 m、泵浦功率280.96 m W的条件下,获得了重复率低至48.48 k Hz的DSR脉冲,脉冲宽度574 ns,单脉冲能量170.08 n J;研究了谐波DSR脉冲的产生和DSR脉冲的放大稳定性,获得了618n J的单脉冲能量;通过更换不同长度的单模光纤改变腔长,再次对DSR脉冲的特性进行了对比研究,验证了腔长对脉冲输出特性的影响。