通常自相似脉冲光纤激光器的增益光纤都为正常色散，而利用色散补偿在反常色散增益光纤的激光器中能否取得相同的效果，目前还缺乏相关研究。这类激光器输出和演化特性有何特点以及应如何优化等都成为有待解决的问题。对色散管理型含反常色散增益光纤的锁模激光器进行研究，通过和传统自相似激光系统的分析和对比，指出其完全符合无源自相似激光器特征，并可达到传统正常色散增益光纤构建的无源自相似脉冲激光器的效果。在理论上拓展了自相似脉冲激光器的可实现范围，弥补了传统自相似脉冲激光器在该方面的欠缺。此外，针对该类型激光器系统的色散图、净色散量和色散补偿部分的非线性等方面对输出脉冲的影响进行了详细讨论，为中红外波段使用反常色散增益光纤的激光器产生更高质量的超短脉冲提供了新思路。

为了满足光纤激光器在宽光谱高能量应用领域的要求，搭建了一种结构紧凑的光纤型宽光谱啁啾脉冲放大系统。将色散管理型锁模激光器产生的高斯型脉冲作为种子源，注入到正色散掺铒光纤放大器中进行自相似放大，脉冲将逐渐演化成抛物线型，此过程中脉冲的谱宽和能量都迅速增大。随后脉冲经色散补偿光纤的时域展宽，双包层铒镱共掺光纤的功率放大，透射光栅对压缩后实现了高能量的宽光谱输出。并结合理论模拟，优化了激光器的各元件参数，最终在中心波长1 560 nm处实现了光谱宽度为30 nm，平均功率为1.3 W，脉宽为587 fs，重复频率为40.1 MHz的宽光谱高能量激光输出。该激光器结构紧凑，稳定性好，对光学频率梳、光通信等应用领域具有一定研究价值。

高功率高能量飞秒光纤激光系统通常采用主振荡器加功率放大器结构。在放大飞秒脉冲时，非线性效应是制约脉冲能量的主要因素。基于传统啁啾脉冲放大技术的光纤激光系统虽然能够产生能量在1 mJ量级的飞秒脉冲，但是所产生的脉冲通常在200 fs以上，无法直接满足能量要求较低（1~100 µJ范围之内）、脉冲宽度却更短（60 fs以下甚至更短）的应用需求。与啁啾脉冲放大技术通过展宽脉冲而减少非线性相移相反，非线性放大故意保持脉冲的宽度在皮秒量级从而积累大量的非线性相移，导致放大后脉冲的光谱展宽为输入光谱的数倍，经过传统光栅对压缩后能够产生60 fs以下的近变换极限脉冲。本文主要以掺镱光纤放大系统为例，重点介绍自相似抛物线脉冲放大、预啁啾管理放大、增益管理放大和非线性分脉冲放大四种非线性光纤放大技术的工作原理、发展现状以及未来趋势。将提出的预啁啾管理分脉冲放大与多路相干合成相结合，有望产生重复频率1 MHz、平均功率超过1 kW、脉冲能量1 mJ左右的亚50 fs脉冲。这种千瓦级高重复频率、高能量飞秒脉冲源在基础科学、激光加工等领域中具有潜在的应用。

采用数值模拟的方法，研究了增益分布对皮秒脉冲自相似放大的影响。构建了掺镱光纤内超短激光脉冲自相似放大的理论模型，以不同的泵浦方式、光纤长度和总增益系数实现不同的增益分布，探究了不同增益分布对增益光纤中皮秒脉冲的自相似放大过程和结果的影响。结果表明，皮秒脉冲在不同的增益分布下存在最佳的自相似放大结果，可以得到近变换极限的百飞秒高质量脉冲输出。发现同一信号光脉冲在增益光纤中演化至自相似放大过程时，正向泵浦方式下的演化速度比反向泵浦快。对于不同的增益光纤长度和总增益系数，正向泵浦方式下的信号光自相似区域主要集中在低入射脉冲能量和长波长区域，反向泵浦方式下的信号光自相似区域主要集中在高入射脉冲能量和短波长区域。