2μm波段纳秒脉冲掺铥光纤激光器具有结构紧凑、峰值功率高、单脉冲能量大等优点，且该波段属于人眼安全波段，占据大气窗口的多个有利波长，在科学研究、生物医疗、国防军事和材料加工等领域有重要应用，2μm波段短脉冲激光也是用于泵浦光学参量振荡器以获得3～5μm和8～12μm波段激光的优异泵浦源。2μm波段纳秒脉冲光纤激光输出的传统途径是通过增益开关、主动调Q、被动调Q等技术实现，而增益开关光纤激光器直接输出功率受限，需进行多级放大提升平均功率，增加了系统成本，且不利于封装集成;主动调Q技术使用空间结构元器件，价格昂贵、抗环境干扰能力欠佳。近年来，基于光纤作为可饱和吸收体进行被动调制获得脉冲输出实现了真正意义上的全光纤结构，然而该方式存在产生脉冲宽度较宽、时间和振幅抖动较严重等问题，本论文致力于从理论和实验方面研究基于光纤可饱和吸收体的脉冲产生机制，结合新型的全光纤双腔设计，实现2μm波段纳秒脉冲输出。该类激光器具有成本低廉、结构简单、易于集成的优点，对高功率纳秒脉冲激光器的研究具有重要意义。　　本论文的主要研究内容如下:　　1.对光纤激光器的纳秒脉冲产生方式进行理论研究。详细介绍增益开关技术和调Q技术实现脉冲输出的过程，并从被动调Q机制下的速率方程出发，阐述被动调Q光纤激光器的峰值功率、脉冲能量、输出脉宽等工作特性，为研究基于光纤可饱和吸收体的被动调制技术奠定理论基础。　　2.对纳秒脉冲全光纤双腔激光器的基本原理进行分析。从掺铥光纤的能级结构和光谱特性出发，阐述掺铥光纤激光器的能级跃迁模式及三种不同的泵浦方式，并建立3H6→3F4的泵浦方式下的理论模型。详细阐述以掺铥光纤作为可饱和吸收体，结合双谐振腔的独特结构实现脉冲输出的工作原理。　　3.对掺铥全光纤纳秒脉冲双腔激光器的关键器件-光纤布拉格光栅和泵浦源进行研究。利用紫外照射相位掩模板的方法成功在光敏光纤、载氢普通光纤中写入光纤布拉格光栅，并通过一定技术使写入光纤光栅中心波长保持一致，将其应用于全光纤双腔激光器的研制;以976nm的半导体激光器作为泵浦源、以铒镱共掺光纤(EYDF)作为增益介质分别实现最高输出功率为1.73W和8.5W的1.55μm光纤激光器，作为2μm波段全光纤双腔激光器的泵浦源。　　4.掺铥全光纤纳秒脉冲双腔激光器的实验研究。基于自制的光纤布拉格光栅及最大输出功率1.73W的铒镱共掺光纤激光器，以单包层铥钬共掺光纤作为增益介质实现脉宽330ns、输出功率23mW的激光输出，脉冲重复频率在63kHz-80kHz范围内可调。为提高激光器输出性能，以最大输出功率8.5W的铒镱共掺光纤激光器作为泵浦源，以双包层掺铥光纤作为增益介质实现最窄脉宽87ns的稳定脉冲输出，最大平均输出功率256.3mW，脉冲重复频率在20kHz-33.3kHz范围内可调。