随着激光技术的飞速发展,各种应用需求不断涌现,脉冲光纤激光器也有了突破性进展,纳秒脉冲光纤激光器具有结构简单、峰值功率高、单脉冲能量大等优点,在激光加工、生物检测、军事国防、激光雷达等领域有重要应用;飞秒脉冲光纤激光器由于具有高相干性的宽谱光源,可应用于超快时间分辨光谱学、生物双光子成像等领域。在这里,我们将以激光雷达应用和生物双光子成像应用为着眼点,以掺铒光纤激光器为核心,对纳秒脉冲掺铒光纤激光器、飞秒掺铒光纤啁啾脉冲放大系统以及飞秒脉冲掺铒光纤激光器倍频红光激光展开研究。首先,我们提出了一种基于“8”字腔的全保偏双包层铒镱共掺光纤激光器,实现了高单脉冲能量的类噪声纳秒脉冲输出;然后利用啁啾脉冲放大技术,成功研制了全光纤飞秒脉冲掺铒光纤激光器,将其作为基频光倍频后实现了飞秒红光激光输出。本文的主要内容如下:1.对纳秒脉冲铒镱共掺全光纤激光器进行研究。首先,介绍了获得纳秒脉冲的传统途径,进而引出纳秒类噪声脉冲,通过比较产生类噪声脉冲的几个方法,出于对集成度、稳定性等方面的考量,选择了基于“8”字腔的方式。通过实验研究了一种稳定的、可以自启的基于非线性光学环形镜的全保偏双包层铒镱共掺光纤激光器,成功产生了高能量的纳秒类噪声脉冲。为了对比脉冲参数,设置了两种不同腔长(~210米和~510米)。在长腔中获得的单脉冲能量高达1.54μJ,这是目前报道的光纤激光器直接产生类噪声脉冲单脉冲能量的最高值,比之前所报道过的工作提高了一个数量级。另外,我们所获得的在1616nm和1612.3nm处的中心波长可以完全覆盖乙烷气体的吸收线,可以用于乙烷气体的探测。我们还对类噪声脉冲的产生进行了数值模拟。类噪声脉冲的数值模拟数据(时域包络、光谱、自相关轨迹)与实验结果非常吻合。2.对飞秒掺铒光纤啁啾脉冲放大系统进行研究。根据CPA系统的主要组成部分,首先对基于被动锁模技术的全光纤振荡器进行实验研究,然后是对掺铒光纤放大器及主振荡功率放大技术的研究,最后是对脉冲压缩器的研究。通过实验,我们得到了脉冲宽度220fs,平均输出功率1.3mW的掺铒光纤振荡器作为种子源,利用色散补偿光纤作为展宽器将脉冲展宽至80ps,随后通过两级纤芯放大和一级包层放大后获得平均输出功率为1.6W的脉冲激光,最后利用光栅对对脉冲进行压缩,最终得到400fs的脉冲输出,平均输出功率0.96W。3.对飞秒脉冲掺铒光纤激光器倍频进行研究。首先,从耦合波方程出发,推导倍频理论,指出倍频过程中首先需要满足相位匹配条件;其次,介绍了倍频晶体的选择及BIBO晶体的特性;再次,用非线性光学仿真软件SNLO,对倍频设计方案进行了模拟。最后,采用BIBO晶体角度相位匹配技术,结合腔外倍频方案,实现了飞秒脉冲掺铒光纤激光器的倍频红光激光输出。在基频光的最大平均输出功率为960mW时,实现了最大输出功率为54mW的红光激光输出,相应转换效率为5.56%,最大功率下,测得红光激光的中心波长为785nm,3dB光谱线宽为3nm。