高能量超短脉冲光源因其在高速光通信、生物光学成像、传感及医疗等方面的应用而备受关注。锁模技术是一种产生超短光脉冲行之有效的方法。受孤子能量量子化效应的影响,传统孤子光脉冲的能量被限制在0.1 nJ左右。与传统孤子相比,自相似光脉冲可产生较高能量的光脉冲。自相似演化发生在激光器增益光纤段的光脉冲被称为放大自相似光脉冲。一方面,放大自相似光脉冲能够忍受较大非线性相移而不发生光波分裂,因而,利用其可产生能量更大光脉冲;另一方面,其可将光放大过程中积聚的非线性相移转换成线性频率啁啾,由此可产生近变换极限、脉宽较窄的压缩光脉冲,宽带放大自相似光脉冲则能产生脉宽更窄的压缩光脉冲。本文利用数值模拟方法,对宽带放大自相似光纤激光器进行优化设计,具体研究内容如下:1.从被动锁模光脉冲的形成机理出发,分别阐述了传统孤子和自相似锁模光纤激光器的工作原理和研究进展。2.从麦克斯韦方程组出发,推导了光脉冲在单模光纤中传输时满足的方程——广义非线性薛定谔方程;介绍了其引入增益项的修正方程:金斯伯格--朗道方程;概述了数值求解以上方程的基本方法—分步傅里叶变换法;简介了研究放大自相似光纤激光器的理论模型与自相似脉冲的判定标准——失配参数M。3.利用数值模拟方法,研究了全正色散的掺镱光纤激光器中自相似脉冲的形成过程。深入研究了单模光纤长度、光谱滤波器带宽、泵浦功率、光子晶体光纤长度以及输出耦合比等参量对所产生的放大自相似光脉冲的影响。通过优化各参数,得到了脉冲能量为23.8 nJ、光谱带宽为186.6 nm、去啁啾脉冲宽度为22.5 fs、脉冲峰值功率高达1.26 MW的高能量、宽带放大自相似光脉冲。4.利用数值模拟方法,研究了含负色散的掺铒光纤激光器中自相似脉冲的演化过程。理论分析了单模光纤长度、光谱滤波器带宽、泵浦功率、掺铒光纤长度、光子晶体光纤长度以及输出耦合比对自相似脉冲的影响。通过优化系统各参量,得到了脉冲能量为15.2 nJ、光谱带宽为182.7 nm、去啁啾脉冲宽度为37.5 fs、脉冲峰值功率为0.4 MW自相似光脉冲。