为了实现高纯度脉冲柱矢量光的输出，提出并搭建基于对称双模耦合器的波长可切换的被动锁模柱矢量全光纤激光器。根据光纤传输原理得到基模向高阶模转换的折射率匹配直径，运用模式耦合模理论及光束传播法模拟分析了对称双模耦合器的结构参数对模式选择及耦合特性的影响，采用熔融拉锥法并免去传统的模式选择耦合器制作上的预拉锥工艺制作了对称双模耦合器，通过搭建一套被动锁模柱矢量全光纤激光器实现了中心波长1 039 nm和1 068 nm可切换、脉冲时间间隔为113.8 ns、重频为8.78 MHz、脉宽660 ps/656 ps、最大输出平均功率为5.25 mW/5.2 mW、模式纯度大于97%的柱矢量光输出。实验验证了对称双模耦合器的可行性，为后续高纯度柱矢量光的获得提供一种可行的方案。

介绍了时空锁模的基本原理和时空锁模的理论模型−吸引子解剖。从空间结构和全光纤结构两方面介绍了近年来国内外在时空锁模光纤激光器方面的研究进展，包括激光腔型的改进、输出性能的提升和实时动力学的观测等。最后分析了目前时空锁模激光器的优势和不足，并对其发展方向进行了展望：时空锁模激光器在产生高功率超短脉冲方面有着巨大的优势，但输出光斑质量差在一定程度上限制了它的实际应用；利用时空自相似演化、波前整形等技术提升光束质量将是未来时空锁模激光器的发展方向。

基于无波分裂脉冲产生的平坦超连续谱被报道。笔者采用非线性偏振旋转（NPR）作为锁模方法来实现耗散孤子脉冲和无波分裂脉冲的切换输出。在0.3 W的泵浦功率下，获得了耗散孤子脉冲。脉冲宽度为5.8 ps，脉冲间隔为54 ns，与11.05 m的腔长一致，信噪比为55 dB，压缩后的脉冲宽度为0.61 ps。值功率可以被提升到1.18 kW。通过适当调整腔偏振态和增加泵浦功率，耗散孤子可以演化为无波分裂脉冲。随着泵浦功率的提高，脉冲宽度从11.7 ps增加到20.2 ps，几乎增加了两倍。经过计算，时间带宽积从23.9增加到53.43。较大的啁啾可以抵抗非线性相移的影响，从而避免脉冲分裂。无波分裂脉冲的脉冲能量可以提高到3.89 nJ，是耗散孤子脉冲能量的五倍。随后，使用耗散孤子和无波分裂脉冲作为种子源去获得超连续谱。结果表明，在锥形高非线性光纤中，无波分裂脉冲产生的超连续谱范围和平坦度均优于耗散孤子脉冲。基于耗散孤子脉冲和无波分裂脉冲产生的超连续谱范围为1 400~2 000 nm，覆盖了S波段、C波段、L波段三个主要通信波段，20 dB带宽分别为310.3 nm和426.4 nm。这项工作将有助于高能量脉冲光纤激光器的发展，并提高其在超连续谱产生和光通信领域的潜在应用。

研究了一种基于K-means算法和非线性偏振旋转谐振技术的自动锁模传统孤子光纤激光器。实验中通过K-means算法对电动偏振控制器进行调节，利用示波器实时采集数据，并基于脉冲判决算法将脉冲分为基频锁模态和其他状态。当泵浦驱动电流为230 mA时，实现了1 531 nm、脉宽为456 fs的基频传统孤子输出。然后，通过调节电动偏振控制器遍历激光器输出状态，并进行脉冲判决分类。最后，通过K-means算法将处于基频锁模态时电动偏振控制器旋转桨的角度按空间坐标系聚类分析。当光纤激光器处于非基频锁模态时，通过K-means算法调节电动偏振控制器，恢复到基频锁模状态。经过100次测试，从失锁或其他状态调节到基频锁模态点所需平均时间为0.25 s。该工作为实现高效、便捷的光纤激光器自动锁模提供了新的方案。

基于非线性偏振旋转（nonlinear polarization rotation, NPR）锁模机制的光纤激光器因其结构紧凑、可靠性高而备受关注。基于这一锁模原理设计并搭建了掺镱光纤飞秒激光器。当双向泵浦功率为380 mW，在1030 nm波段获得了基频重复率为22.8 MHz的锁模脉冲。脉冲宽度为224 fs，平均功率180 mW，单脉冲能量8 nJ，10 dB带宽约为40 nm，信噪比大于50 dB。该激光器采用环形腔结构产生稳定的锁模飞秒脉冲输出，可实现自启动锁模。泵浦功率增加到1.6 W可观察到最高三阶被动谐波锁模，三次谐波对应68.5 MHz重复频率。该激光器由于在线宽、脉宽、脉冲能量上的优势，在光谱测量、拉曼成像等领域具有应用意义。

高重复频率光纤激光器因其光斑质量好、集成化程度高、光光转化率高等优势在光学频率梳、工业加工、超高速光学采样等领域有着举足轻重的作用。利用非线性偏振旋转（NPR）的锁模机理，设计并搭建了一款基础重复频率为163 MHz的“十字腔”型孤子锁模光纤飞秒激光器。该激光器锁模后在450 mW的泵浦功率下可以输出200 mW的最大功率，光谱半高宽为30 nm，输出脉宽为786 fs。通过进一步分析激光器泵浦功率与输出功率之间的关系，得到泵浦功率处于400～500 mW时，激光器处于最佳锁模状态，并且可以实现自启动锁模。所设计的激光器由于其更加紧密的光学频率梳齿、更好的成像质量和更快的成像速度，在精密光谱、天文探测等领域具有应用意义。

报道了一种基于非线性光纤的宽光谱类噪声锁模掺铒光纤激光器。在非线性偏振旋转锁模掺铒光纤激光谐振腔内引入色散补偿光纤和高非线性光纤，实现腔内色散和非线性管理，最终获得稳定的锁模脉冲输出。当在谐振腔内引入6 cm高非线性光纤时，可以获得中心波长为1 534 nm，脉冲宽度为1.9 ps，重复频率为20.1 MHz，40 dB光谱带宽约为100 nm的超短脉冲输出。在此基础上，将高非线性光纤长度增加至30 cm时，通过优化波片角度，观察到稳定的类噪声锁模脉冲输出，其输出光谱覆盖范围为1 280~1 850 nm，40 dB带宽为500 nm，尖峰脉冲宽度短至70.9 fs，基座脉冲宽度为26.6 ps，重复频率约19.7 MHz。同时在实验中发现随着泵浦功率的提高，类噪声脉冲的基座脉宽和尖峰脉宽的演化呈相反趋势，光谱覆盖范围更宽。该类噪声锁模光纤激光器的研究对低相干光谱干涉技术的发展具有重要意义。

为了获得基于孤子自频移效应的1.6 μm波段锁模脉冲，设计了一种非线性偏振旋转的掺铒光纤激光器，并利用双输出结构检测脉冲。在泵浦功率为350 mW时，通过适当调节偏振控制器，同时在两个输出端观察到中心波长为1560 nm的类噪声脉冲，3 dB带宽为17.5 nm，脉冲持续时间为968 fs。进一步将泵浦功率增加至550 mW，输出端1的类噪声脉冲保持不变，输出端2的类噪声脉冲的中心波长红移至1614 nm，3 dB带宽增加至64.4 nm，脉冲持续时间减小至302 fs。谐振腔的最大输出功率为11.4 mW。同时，实验分析了色散位移光纤的长度对孤子自频移的影响，结果表明，在一定范围内，色散位移光纤的长度越长，孤子自频移的频移间距越小。实验研究的1.6 μm波段光纤激光器在光学通信领域具有潜在的应用价值。