2μm超快掺铥光纤激光器在激光医疗、激光加工、激光雷达,以及光学频率梳和中红外超连续谱产生等工业和基础研究领域具有广泛的应用。因此,高稳定2μm超快掺铥光纤激光器的研究具有重要的学术意义和实际应用价值。同步泵浦锁模技术曾用于早期染料激光器中超短脉冲的产生,而在有源光纤激光领域,一直鲜有基于同步泵浦技术的锁模脉冲产生研究。本论文将同步泵浦锁模技术用于掺铥光纤激光器以实现具有高系统稳定性的2μm超快脉冲的产生,具体研究工作如下:1)概述了2μm脉冲掺铥光纤激光器的研究现状及应用,指出超快掺铥光纤激光器的优点,并阐述了本论文主要的研究内容及创新点。2)分析了Tm³⁺的能级结构及光谱特性,介绍了基于2μm锁模掺铥光纤激光器基本原理及特点。3)分别研制了作为掺铥脉冲光纤激光器同步泵浦源的1.5μm纳秒脉冲光纤激光器和脉宽可调的1.5μm皮秒脉冲光纤激光器。基于电脉冲调制的纳秒脉冲源脉宽在2.2-9.6ns、重频在1-70 MHz可调谐;基于被动锁模的皮秒脉冲源脉冲宽度在2.5-3.8 ps连续可调,在种子激光器输出接70 m色散补偿光纤可将脉宽展宽至30 ps。4)利用上述1.5μm纳秒和皮秒光纤激光器分别同步泵浦2μm环型腔掺铥光纤激光器,系统研究了不同泵浦参数（脉冲宽度、重复频率、2μm腔内色散）对2μm同步泵浦锁模脉冲的影响。使用1.5μm纳秒激光器作泵浦源时,2μm同步泵浦锁模脉宽随着1.5μm泵浦脉宽增加而增加,且脉宽小于1.5μm泵浦脉宽;2μm同步泵浦锁模RF信噪比随着1.5μm泵浦功率增加而略微提升。2μm混合锁模脉宽随着1.5μm泵浦脉宽变化而基本维持在1.1 ps。在10 MHz基频同步时,腔长失谐范围1.95 mm内观察到2μm同步泵浦锁模光谱中心波长可以从1919.2 nm漂移至1929.0 nm。使用重频21.54 MHz的1.5μm皮秒激光器作泵浦源,获得了脉宽为4.6 ps,谱宽为0.24 nm,信噪比达55 dB的1950 nm基频同步泵浦锁模脉冲;以及脉宽为2.655 ps,谱宽为2.93 nm,信噪比为60 dB,重频仍为21.54 MHz的1945 nm四次谐波同步泵浦锁模脉冲。研究结果表明,2μm同步泵浦锁模受泵浦脉冲脉宽、重频及2μm腔内色散的影响,且可以实现远超传统同步锁模重频极限的基频同步泵浦锁模及四次谐波同步泵浦锁模。5)以所研制1.5μm皮秒光纤激光器作为泵浦源,进行了2μm同步泵浦-被动锁模混合锁模光纤激光器的研究,得到了脉宽880 fs的2μm超短混合锁模脉冲,其稳定锁模功率范围167²38 mW,对应输出功率分别为0.4⁷.8 mW,信噪比高达63 dB。对2μm被动锁模、同步泵浦锁模、混合锁模脉冲激光特性进行了系统对比研究,表明相对于同步泵浦技术,混合锁模技术不仅可以保持高的系统稳定性,而且可以实现更短锁模脉宽;相对于被动锁模技术,混合锁模不仅可以保持较短的锁模脉宽,而且可以实现性噪比更高,锁模阈值更低,系统稳定性更好的锁模脉冲。