水是生物体中含量最多的一种物质，了解生物体内水的分布对于理解水的生理功能来说至关重要。相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）作为一种非侵入的成像技术，能够对生物体内的水分子进行实时且免标记的成像。因此，设计并搭建了用于水的CARS被动同步光纤激光器系统，该被动同步系统由掺铒和掺镱锁模光纤激光器构成，通过将主脉冲注入到从激光器腔内引入非对易相移，进而实现无源同步，同步失配距离达到347 μm。结合功率放大技术、倍频技术和脉冲压缩技术，双路输出平均功率分别为146 mW和2 W，脉冲宽度分别为146.0 fs和9.1 ps。使用所搭建的同步光源在3156 cm^-1处对新鲜小鼠耳朵组织进行CARS成像，成像效果良好。该同步光纤光源有望推动CARS技术在快速、实时、高效病理学检测领域的应用。

实验搭建了重复频率可调的全保偏掺镱光纤激光器，可输出重复频率在5~20 MHz内可调的皮秒脉冲光。采用掺杂氧化镁的周期性极化铌酸锂（PPMgLN）晶体进行倍频研究，并对比了输出光谱、脉宽和温度相位匹配曲线，在20、10、5 MHz的重复频率下，最大转换效率分别为39.2%、35.3%、31.0%，输出功率分别为744、600、496 mW。测试了倍频光的稳定性，4 h内倍频光的相对抖动低至0.74%。该光源具有输出光束质量高、稳定性好等优点，为高效获得重复频率可调的绿色皮秒脉冲光提供了一种方案。

实验采用主-从注入锁定方式搭建了基于全保偏光纤的全光被动同步超短脉冲激光光源，通过优化主激光器注入脉冲的脉冲能量和脉冲宽度实现了长达0.879 cm的失匹长度。所设计的同步光源包含基于非线性放大环形镜的掺铒光纤锁模脉冲激光器和掺镱光纤锁模脉冲激光器。其中，主掺铒光纤锁模激光器的中心波长为1560 nm，光谱宽度为5.01 nm。在输出单脉冲能量从0.06 nJ提升至3.26 nJ的过程中，输出脉冲经过掺铒光纤放大器后，最窄脉冲宽度和最宽脉冲宽度为221 fs和1.79 ps。从掺镱光纤锁模激光器中心波长为1064 nm，光谱宽度为0.22 nm，脉冲宽度为9.5 ps。所提技术方案通过控制掺铒光纤放大器的输出参数，实现了主掺铒光纤锁模激光器与从掺镱光纤锁模激光器间近厘米量级的腔长失匹范围，为免除同步光源中的时间延迟控制组件和光纤光路耦合组件提供了可行方案。

实验搭建了基于分离脉冲放大及光纤非线性压缩的掺铒光纤激光系统。通过三块长度倍增的YVO₄晶体进行偏振复用,实现了八脉冲的分离与合成。探究了不同脉冲宽度的注入条件下分离脉冲主放大器的合成效率。将放大后的脉冲耦合入一段单模保偏光纤中进行非线性压缩,通过控制主放大器的抽运光功率和压缩器的光纤长度,对非线性压缩过程进行优化,获得了重复频率为80.4 MHz、平均功率为510 mW、脉冲宽度为55 fs的超短脉冲。最后,采用MgO∶PPLN晶体进行光学倍频处理,在中心波长783.4 nm处获得了平均功率为146 mW、脉冲宽度为75 fs的倍频光,相应的倍频效率为31%。