近些年,光纤激光器的研究逐渐往长波长方向发展,其中掺铥光纤激光器能够输出波长在2μm附近的激光,受到了广泛的关注。掺铥光纤激光器中锁模技术是产生超短脉冲的重要条件,尽管被动锁模光纤激光器可以实现不同的锁模脉冲,但在丰富而复杂的非线性动力学驱动下,可以通过控制光纤谐振腔中的色散、非线性、光纤增益和元件损耗等参数来发掘一些特殊形状的脉冲或脉冲的其他特征。本文以非线性偏振旋转(Nonlinear Polarization Rotation,NPR)锁模掺铥光纤激光器为实验平台,色散管理为基础,系统研究了不同色散被动锁模光纤激光器脉冲的动力学特性,主要的工作内容如下:1.首先,搭建了负色散NPR锁模掺铥光纤激光器,获得一种重复频率为19.8MHz,信噪比为56 d B,中心波长在1984.74 nm附近的特殊形状的类h型脉冲。不同于传统孤子,该脉冲鲜有报道,单脉冲能量为6.7 n J,打破了传统孤子面积理论的限制。脉冲在形状上类似字母“h”,称为类h型脉冲。进一步演化分析发现,类h型脉冲特征上与耗散孤子共振脉冲相似,随着泵浦功率的增加,脉冲会展宽,脉冲持续时间长、无波裂、能量高。2.然后,基于高数值孔径(Ultra-High Numerical Aperture,UHNA7)光纤为色散补偿光纤,搭建了在零色散和正色散NPR锁模掺铥光纤激光器。当激光器工作在零色散附近的反常区域,实验获得了光谱宽度为24.3 nm,信噪比为43 d B,重复频率为6.88 MHz的类噪声锁模脉冲。通过脉冲的演化分析,发现类噪声锁模脉冲可以发生分裂产生谐波锁模脉冲,说明类噪声脉冲并非可以无限增加能量,在一定条件下脉冲也会分裂。当激光器工作在正色散区域,实验获得了耗散孤子共振脉冲的输出。该脉冲是由高斯型演化成平顶的矩形脉冲,脉冲的重复频率为5.16MHz,信噪比为51 d B。实验验证了脉冲会随着泵浦功率的增加发生展宽,并未出现脉冲分裂,表明在正色散下,该脉冲能够容忍更高的非线性效应,可以实现更高能量的脉冲输出。3.最后,为了进一步研究大正色散下脉冲的输出特性,基于锥形微纳光纤为色散补偿光纤,搭建了大正色散NPR锁模掺铥光纤激光器。锥形微纳光纤的波导色散与纤芯有一定的关系,特别是在2μm波段,控制纤芯的直径,可以获得色散系数较大且为正的锥形微纳光纤,可以弥补UHNA7光纤的不足之处。而且锥形微纳光纤也存在较强的非线性效应,局部的非线性效应也将有利于研究非线性脉冲动力学。实验在不同的泵浦功率下,获得了调Q锁模脉冲和双波长锁模脉冲。对脉冲演化分析发现,调Q锁模脉冲演化双波长脉冲时,双波长脉冲的光谱双峰的强度并不相同,泵浦功率由3.7 W增加到7.0 W过程中,发现长波长的峰值强度逐渐增加,且双峰之间的凹陷深度也在加深,当泵浦功率到7.0 W时,双波长的峰值强度趋近一致。