随着时代的进步，超短脉冲技术的发展取得了日新月异的变化。而具有优质激光特性的新激光介质和新技术的产生和出现更是向激光领域注入了全新的活力，带来了一系列卓有成效的研究成果，为研究和认识自然界提供了崭新的方法。本文围绕超短脉冲激光器的锁模研究及谐振腔设计，开展了以下几方面的工作： (1)发展了进行谐振腔分析、设计所必需的工具之——等效透镜组的概念，并举例分析其在谐振腔设计中的重要应用。 (2)对克尔透镜自锁模动力敏感腔的敏感特性作出了分析，并且结合表征动力状态的双‘U’型曲线分析了克尔透镜自锁模动力敏感腔的设计和选择思路；同时指出，激光介质的克尔透镜效应是锁模运行的触发因子。 (3)探讨了钛宝石飞秒激光器和Cr4+：YAG被动锁模Nd：YAG脉冲激光器的克尔透镜锁模原理及过程，提出了一种新的锁模机制——起因于光学混沌的自脉动克尔透镜开关放大锁模，从而将这两类超短脉冲激光器在锁模机制上达到了统一。(4)通过对钛宝石飞秒激光器发光动力学的研究，指出只有在一定的腔结构配置下，腔内扰动所致的Kerr透镜效应才会使得钛宝石飞秒激光器实现自锁模；Kerr透镜效应只是实现锁模的必要条件而不是充要条件；通常白克尔透镜锁模的说法太简单，没有揭示锁模过程的物理内容，而且容易将Kerr透镜效应当成锁模形成的充要条件。 (5)根据变换圆图解原理分析了三种不同类型的自锁模五镜腔：等价近对称型、等价非对称型和有效放大锁模区型。其中有效放大锁模区型谐振腔稳定性好、易启动、易准直、锁模区很宽(160mm)，大大降低了对调整精度的要求，是一种新型宜于推广的自锁模谐振腔。 (6)在高斯光束轴移不变性的研究基础上，发展并证明了轴移→旋转→轴移变换的关系，提出了对两种五镜腔进一步加以改进的设计方案。