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。

单晶光纤具有细长的晶体结构以及对泵浦光的波导传输特性，使其兼具晶体以及光纤的激光放大介质优点，其细长的晶体结构可以有效地进行散热，保证了在高功率运转下依然可以保证高光束质量，与传统的晶体棒相比，对泵浦光的波导特性使其具有更大的能量提取效率和放大增益，简单的行波放大结构使得系统易于集成。单晶光纤作为放大增益介质已广泛应用于高功率高能量超短脉冲激光放大技术中，并在科研、工业加工等领域具有重要的应用前景。本文重点介绍了单晶光纤的结构和制备方法，以及近年来1 μm波段基于单晶光纤的超短脉冲放大技术研究的主要方法及结果，包括本课题组取得的主要进展，探讨和展望了单晶光纤放大技术的前景和发展方向。

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。

设计并搭建了重复频率长时精确锁定的783 nm飞秒光纤激光器。该激光器基于全保偏非线性干涉环镜(NALM)，实现掺铒光纤振荡器锁模脉冲输出，由与脉冲分离器级联的环境稳定掺铒光纤双级放大器进行功率放大，实现了平均功率1.30 W、脉冲宽度130 fs、重复频率77.1 MHz、1560 nm脉冲输出；通过周期极化铌酸锂(PPLN)光学晶体倍频，获得了平均功率为0.52 W、脉冲宽度为140 fs、783 nm脉冲输出。通过重复频率监测及锁相环技术，进一步将掺铒光纤振荡器的重复频率溯源至参考铷原子钟，12 h内频率抖动峰-峰值为5 mHz、标准偏差为1.2 mHz。该激光器系统具有稳定性高、集成度高、体积小的特点。