超快光纤激光器能够产生高峰值功率、宽光谱的超短脉冲，在工业应用领域和基础科学研究方面都起到了不可或缺的作用。一方面，其良好的光束质量、高重复频率、宽带可调谐等特征为光纤通信、传感、存储等应用研究带来了突破性进展；另一方面，超快光纤激光技术也在激光物理学领域体现了重要的科研价值，作为良好的超快、超强非线性光物理学探索的实验平台，促进了人们对激光物理学本质的认知进程。
　　本论文以激光物理学探索为基础，以超快光纤激光技术的应用需求为导向，分别对色散管理多态脉冲光纤激光器和矢标量多态脉冲光纤激光器的实现及动力学特性进行了系统研究，并结合时间拉伸-色散傅里叶变换技术，揭示了孤子分子以及群速度锁定矢量脉冲这两类孤子复合体的瞬态演化过程。本论文的主要研究成果如下：
　　(1)色散管理多态脉冲光纤激光器：通过精细控制激光器色散参数，在近零负色散和近零正色散光纤激光器中分别实现了展宽脉冲/孤子和展宽脉冲/耗散孤子的可切换输出；并进一步设计光纤激光器双向传输结构，实现负色散域/正色散域的孤子/耗散孤子的同时输出；最后设计多端口结构同步观测激光器内部自相似子传输过程中随腔内色散变化而产生的脉冲重整型过程。研究结果为复用型光纤激光器的研制以及脉冲演化动力学研究提供了一定的理论基础。
　　(2)矢标量多态脉冲光纤激光器：利用两个环形器在激光器内构建相向传输的两个支路，同时借助一段保偏光纤带来的局部强烈双折射特性，在两相向传输方向引入不同的脉冲偏振演化机制，实现光纤激光器标量脉冲和矢量脉冲的双向输出，为实现光纤激光器多态脉冲输出提供了新的思路。进一步，利用偏振解复用系统对矢量孤子的光谱调制进行了腔外操纵研究，定量分析了两正交偏振成分间相位差和强度差与光谱谱型的对应关系。此外，实验中还证实了矢量-标量类噪声多态脉冲的存在，并观察到了与矢量-标量脉冲类似的光谱和自相关特征。
　　(3)束缚态脉冲瞬态动力学研究：搭建了基于45°倾斜光栅的超快光纤激光动力学研究平台，结合时间拉伸-色散傅里叶变换，在纳秒时间尺度研究孤子单体-孤子分子的相互作用及共存机制，在皮秒时间尺度探索了束缚态内部孤子分子的超快演化过程。实验在多脉冲运转状态下对孤子分子的内部动力学特性进行研究，观测到三类孤子分子瞬态演化特性，即孤子分子相位周期性演化、孤子分子相位发散性演化、及孤子分子间距脉动。其结果能够为探索激光物理学新现象和新应用提供研究基础。
　　(4)矢量脉冲瞬态偏振动力学研究：研究基于渐变折射率分布光纤非线性多模干涉的被动锁模机理，借此构建了矢量被动锁模光纤激光器实验平台，通过合理调节腔内色散参数，分别在反常色散域和正常色散域实现了群速度锁定矢量脉冲的产生；进一步地结合基于时间拉伸-色散傅里叶变换的实时光谱观测技术，对其偏振动力学特性进行了深入探索，并观测到了矢量孤子光纤激光器中的群速度锁定矢量耗散孤子脉动现象。其结果有利于拓展超短脉冲在高阶编码调制以及全光存储领域的潜在应用。