短脉冲激光在工业加工、医学诊疗、光电对抗以及科学研究等领域有着广阔的应用前景。与固体激光器相比，光纤激光器具有光束质量好、转换效率高、热管理方便、可全光纤化以及结构紧凑等诸多优点，随着近年来高功率抽运技术的改进和新型大模场面积双包层光纤以及光子晶体光纤(PCF)的出现，高功率脉冲光纤激光器和放大器的性能不断提升，是国际上激光技术领域的研究热点之一。本文针对数纳秒量级脉宽与皮秒量级脉宽两类短脉冲激光，进行了短脉冲光纤激光的产生与高功率放大的理论与实验研究，论文主要研究内容与所取得的成果包括以下几个方面:　　首先介绍了获得纳秒级脉冲光纤激光输出的两种主要技术途径——基于主动或被动调Q的脉冲光纤激光器和基于半导体种子激光调制的脉冲主振荡功率放大(MOPA)光纤激光器，并对脉冲电调制半导体激光种子源产生纳秒脉冲进行了重点介绍。在超短脉冲方面，综述了被动锁模光纤激光器的研究进展，并从光纤锁模脉冲演变特性入手，讨论了孤子、展宽脉冲、自相似脉冲和全正色散脉冲四种锁模机制。最后介绍了实现高功率超短脉冲光纤放大的几种技术方案。　　开展了小型化纳秒脉冲光纤激光器的实验研究。出于小型紧凑化结构设计与脉冲参数灵活可调的目的，采用了以脉冲电调制半导体激光器为种子光源、以光纤放大器进行功率放大的全光纤化脉冲MOPA技术方案。研究表明电调制分布反馈式(DFB)半导体激光器种子结合双程光纤放大的结构能够有效加强小信号放大能力，并获得高光谱信噪比和窄线宽的激光输出。基于此方案，在1岬波段实现了最高峰值功率为15 kW的窄线宽激光输出，脉冲宽度为3.06 ns，重复频率10-50 kHz可调;在1.5μm波段，利用两级光纤放大实现了峰值功率为20kW的激光输出，脉冲宽度为5 ns，重复频率35-50 kHz可调，并完成了小型化工程样机。　　设计并实现了稳定的1μm波段超短脉冲锁模光纤激光器，获得了宽可调谐范围的耗散孤子锁模输出。在实验上研究了线性腔半导体可饱和吸收镜(SESAM)锁模并着重研究其束缚态锁模现象，通过调节泵浦详细分析了不同束缚态锁模的输出光谱、自相关迹的特点，研究了束缚态锁模的形成与演变规律来揭示其内在物理机制。为了获得线性大啁啾脉冲，进一步实验研究了耗散孤子锁模激光器，该锁模激光器采用全保偏光纤，仅调节两个环路内的抽运功率就可自启动非线性放大环形镜(NALM)耗散孤子锁模。同时利用可调谐滤波器，在调谐激射波长的同时滤波形成耗散孤子。最大波长调谐范围为1015-1080 nm，输出脉冲宽度在7.86-17.8 ps范围内变化，但是激光器输出脉冲峰值功率始终钳制在50 W以内。　　进行了高平均功率超短脉冲光纤放大技术的研究，实现了输出平均功率达300 W的超短脉冲激光放大输出。首先，分析得出自相位调制(SPM)、受激拉曼散射(SRS)和光纤端面损伤是高功率超短脉冲光纤放大的瓶颈，其中在光纤啁啾脉冲放大系统中SPM是首要限制因素。为进一步突破光纤非线性的限制，基于第三章所研究的全保偏1030 nm SESAM种子源，分别采用自研大模场双包层光纤与超大模场棒状光子晶体光纤进行高功率放大。其中采用自研55/400μm（纤芯NA=0.04）超大模场光纤的全光纤化放大系统获得了平均功率为206 W的超短脉冲激光输出，研究了放大激光的光谱展宽现象。采用棒状大模场光子晶体光纤进行功率放大，输出平均功率达到300 W，对应的峰值功率为422 kW，有效抑制了非线性效应并保持了高光束质量的激光输出。　　开展了光子晶体光纤啁啾脉冲放大的理论和实验研究。首先理论分析补偿脉冲色散所需的光栅间距，其次基于大线性啁啾的NALM耗散孤子锁模种子源和光子晶体光纤放大级，搭建了啁啾脉冲光纤放大系统。通过单模正色散展宽脉冲后经光子晶体光纤放大，最后由多层电介质光栅对压缩脉冲，获得了平均功率15.7W，脉冲宽度1.4 ps的超短脉冲输出，光栅对压缩效率达到92.3％。实验研究表明放大过程中积累的SPM会严重影响压缩脉冲波形的质量，通过控制预放级中积累的SPM则可以进一步将脉宽压缩到900 fs。