采用光纤啁啾脉冲放大技术,搭建了基于负三阶色散补偿的高功率、高脉冲质量全光纤飞秒激光放大系统。利用保偏大模场双包层掺镱光纤作为增益介质,负三阶色散光纤和普通保偏单模光纤作为混合型光纤展宽器,在实现时域展宽的同时,对放大系统中的正三阶色散进行预补偿,从而获得高质量、高功率的激光脉冲输出。在实验中使用混合展宽器和1200 line·mm ^-1光栅对作为压缩器,使系统的净三阶色散量趋近于零,最终获得了重复频率为111 MHz,放大后输出平均功率为8.5 W,中心波长为1035 nm,去啁啾后脉冲宽度为217 fs的高脉冲质量飞秒激光输出。

利用普通大模场面积掺镱保偏双包层光纤作为增益介质，采用啁啾脉冲放大技术搭建了全保偏光纤飞秒激光放大系统。由于全保偏光纤结构，系统具有较高的集成度和长期稳定性。将系统中积累的三阶色散与放大过程中引入的非线性啁啾相互补偿，通过控制展宽光纤的长度，优化了压缩后脉冲质量和宽度。同时分析了周期性光谱调制对放大输出的影响，通过优化保偏（2+1）×1光纤合束器的制作工艺，解决了其引起的周期性光谱调制问题，最终获得重复频率为111 MHz，压缩后输出平均功率为9 W，对应脉宽为260 fs，单脉冲能量为81 nJ，保偏比为13 dB的高质量飞秒激光脉冲输出。

对不同抽运方式下光子晶体光纤飞秒脉冲放大器中的脉冲演变过程进行了数值模拟和实验验证。在数值模拟上，采用了速率方程和非线性薛定谔方程相结合的理论模型；该模型考虑到端面抽运引起光纤中的非均匀增益分布、群速度色散和自相位调制三者之间的相互作用。模拟结果表明，相比于前向抽运放大方式，采用背向抽运放大方式不仅输出功率高，而且放大脉冲具有更窄的时域和光谱宽度，即较小的时间带宽积和更少的非线性积累。在验证实验上，搭建了基于前向和背向抽运方式的光子晶体光纤飞秒激光放大器；获得的实验结果与数值模拟结论一致，并对放大脉冲演变过程的物理机制进行了讨论。

构建了全保偏双包层掺镱大模场面积光子晶体光纤(LMA-PCF)的单级飞秒激光直接放大系统。光子晶体光纤(PCF)振荡级采用孤子型锁模运转，放大级采用非线性放大技术。该系统获得的高功率飞秒脉冲输出平均功率为34 W，脉冲宽度约为50 fs，重复频率为42 MHz，对应脉冲能量为0.8 μJ，峰值功率为16.2 MW。

以掺镱大模面积光子晶体光纤(PCF)飞秒激光放大器为光源组建了一套结构紧凑且运行稳定的飞秒激光微纳加工系统,中心波长为1040 nm, 重复频率50 MHz, 最大平均功率16 W, 光栅压缩后脉冲宽度85 fs。利用该套系统在硅片、金属薄膜(Cr膜、Al膜)上演示了微图案的刻划, 并与采用重复频率1 kHz的固体钛宝石飞秒激光放大器的加工结果进行对比, 发现利用新组建的加工系统进行微纳加工, 由于单脉冲能量较小且便于调节, 使得刻划微图案时边缘加工效果更容易控制, 且避免了加工过程中未加工区域受到的污染, 保护了制作衬底。显示了该套系统高重复频率和高平均功率的特性及其在改善微纳加工效果及明显提高加工效率方面的优势。