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光纤激光器因其结构紧凑、转换效率高、稳定性好等优势在材料加工、光通信、医疗和科学研究等领域有着非常广阔的应用前景。目前，光纤激光器的年销售额以～14％的速率稳定增长。脉冲光纤激光器不仅享有光纤激光器的固有优势，同时兼具低功耗、高峰值功率、窄脉宽等特点，被视为最有潜力的激光源之一。然而，现在脉冲光纤激光器的市场占有率仍不甚理想。必须明确的是，脉冲光纤激光器面临的一些难题大大制约了它的快速发展，具体包括:(1)已商业化的脉冲光纤激光器的主要实现方法是通过主动调Q/锁模，需要在激光腔内插入一个主动型幅度调制器，而它们往往存在结构复杂、价格高昂和运行波段窄等缺陷。与此相比，被动调Q/锁模光纤激光器能做到真正意义上的低成本和结构紧凑。实现被动调Q/锁模的核心器件是可饱和吸收体(SA)，传统的SA如掺杂晶体、SESAMs和SWNTs等存在工艺复杂、价格昂贵、难以光纤集成或无法宽带吸收等瑕疵，因而寻找可饱和吸收性能良好、价格低廉、易于光纤集成的新型SA已成为当前激光研究与应用的热点;(2)已知的传统孤子、自相似脉冲、耗散孤子(DS)等锁模脉冲都无法避免脉冲分裂，使得超快光纤激光源普遍输出功率低(几个mW)和单脉冲能量小（几十pJ至几个nJ），如果能直接获得高功率大能量的超快激光种子源，将能有效减少放大级数，从而大大降低成本。因此，探索新型锁模机制也是一个刻不容缓的现实问题。 本学位论文瞄准实现高性能被动调Q/锁模光纤激光器这一前沿研究领域，围绕三个主要波段1-，1.5-和2-μm新型二维材料被动调Q/锁模光纤激光器、新机制锁模大能量超快激光开展了理论与实验研究，取得了一系列创新性成果，如:(1)首次将TI:Bi2Se3的可饱和吸收应用拓展至1-μm波段;(2)首次利用MoS2实现了1-、1.5-和2-μm调Q激光，实验验证了MoS2的超宽带可饱和吸收特性;(3)第一次利用MoS2实现了宽带波长可调谐调Q激光;(4)理论计算了全负色散区SA参数对锁模性能的影响，并利用GO-MoS2实现了1.5-和2-μm孤子锁模;(5)首次利用石墨烯实现了全正色散区多波长运转DS锁模;(6)理论仿真了全正色散区耗散孤子谐振(DSR)的产生，实验中获得了迄今为止综合性能最佳的DSR输出;(7)理论并实验地研究了全正色散区类噪声脉冲(NLP)的产生。概括而言，本论文的主要创新性研究成果如下: Ⅰ)深入研究了基于新型二维材料的被动调Q光纤激光器。首先从EDFL的速率方程出发，重点考察了泵浦功率和SA调制深度对调Q脉冲的影响。然后在实验中验证了少层TI:Bi2Se3相比于体块材料在调Q应用中的优越性，除了实现1.5-μm EDFL调Q外，还首次利用少层Bi2Se3获得了1-μnn YDFL调Q输出。另外，搭建了平衡双探头测试系统，测试了新型二维材料MoS2的可饱和吸收特性，基于同一个MoS2-SA首次实现了1-、1.5-和2-μm宽波段调Q，其中2-μm TDFL调Q脉冲能量达到～1μJ，实验验证了MoS2的宽带可饱和吸收特性。基于此，利用MoS2首次获得了宽带(48.1 nm)波长可调谐被动调Q EDFL。 Ⅱ)系统地研究了二维材料用于锁模光纤激光器。理论仿真中，通过数值求解Ginzburg-Landau方程，首次分析了SA特征参数调制深度、饱和光强和初始透过率对全负色散TDFL锁模性能的影响;另外，求解了全正色散YDFL中DS产生，并得出结论:腔内滤波效应导致DS脉冲分裂并引发NLP的产生。实验中，利用GO制备了高质量的少层MoS2，并分别实现了1.5-μm及2-μm的孤子锁模，在锁模TDFL中观察到能量量子化效应，其锁模阶次从1-12阶可调。再者，利用熔锥光纤沉积石墨烯构成锁模器，结合其可饱和吸收特性和滤波效应，首次在YDFL中实现了多波长运转DS锁模。 Ⅲ)详细研究了全正色散区DSR锁模新机制。通过求解Ginzburg-Landau方程，对比得到周期性SA的峰值功率钳制效应是产生DSR的必要条件，并分析了输出DSR矩形脉冲性能与泵浦功率、SA调制深度和饱和光强的变化关系;而腔内周期性可饱和吸收特性、过高的光功率、强正色散等效应的综合作用也会导致平顶NLP的产生。基于理论仿真结果，实验中构建了NOLM-SA，获得了平均功率2W、峰值功率～200 W和单脉冲能量232 nJ的1-μm YDFLDSR，这也是目前已知的综合性能最好的DSR锁模脉冲。另外通过在1-μmYDCFL腔内加入长距离掺磷光纤，实现了单脉冲能量为23.7 nJ的NLP激光输出。