本论文以掺Yb³⁺光纤激光器为研究对象，对被动锁模环形腔掺Yb³⁺光纤激光器进行了研究，同时也进行了普通环形腔掺Yb³⁺光纤激光器的研究，完成的主要工作有以下几个部分： 1．普通掺Yb³⁺光纤激光器的研究。 （1）普通掺Yb³⁺光纤激光器的理论研究，包括： A．从粒子速率方程出发，在C．Banlard理论研究的基础上，推导了掺Yb³⁺光纤激光器的斜率效率、泵浦阈值和激光输出功率的表达式，研究了各个性能参数和结构参数的关系。 B．研究前向、后向和前后双向泵浦对激光器性能影响的结果表明：双向泵浦方式可以使光纤内的功率和增益分布均匀，降低注入端的功率密度；后向泵浦方式的增益分布也较为平坦，而且容易获得较高的激光输出功率。 （2）普通环形腔掺Yb³⁺光纤激光器的实验研究，包括： A．采用不同长度的掺Yb³⁺光纤对激光器的阈值、斜率效率、输出功率与掺Yb³⁺光纤长度的关系进行了实验研究。 B．采用不同泵浦方式，实验研究了激光器的阈值、斜率效率、输出功率与泵浦方式的关系。 C．采用不同耦合比的输出耦合器，对激光器的阈值、斜率效率、输出功率与环形腔光纤激光器的输入耦合比的关系进行了研究。 D．采用带通滤波器，实现了掺Yb³⁺光纤环形激光器中心波长为1053nm，窄线宽的激光输出。 2．被动锁模掺Yb³⁺光纤激光器的研究。 （1）被动锁模掺Yb³⁺光纤激光器的理论研究，包括： A．采用附加脉冲锁模激光器的时域锁模方程分析了目前常用的两种不同锁模激光器结构下（采用等效快速饱和吸收体锁模及快速和慢速饱和吸收体结合锁模）激光器输出脉宽、啁啾、带宽、稳定性等特性，描述了掺Yb³⁺光纤超短脉冲激光器的基本工作参数和工作特性。分析表明，激光器腔内的正色散使得锁模激光器输出的脉冲啁啾加大，脉宽变宽。要得到脉宽窄的脉冲输出，必须尽可能减小腔内正色散。 B．采用非线性薛定谔方程对影响被动锁模掺Yb³⁺光纤环形激光器的启动和稳定性的因素进行了分析，给出了数值模拟结果。分析表明，增大激光器的三阶非线性增益系数和激光器的增益驰豫时间，同时增大滤波强度、色散、增益介质的饱和能量、小信号增益以及减小腔内损耗都有利于激光器的自启动；合理的激光器泵浦功率和激光器输出掺Yb，十光纤超短脉冲激光器的研究祸合有助于提高被动锁模掺Yb3+光纤激光器的稳定性。 （2）被动锁模掺Yb“+光纤激光器的实验研究。 A.在国内首次采用高掺杂Yb“+光纤，实现了掺Yb3+光纤环形激光器的NPE被动锁模，锁模中心波长1045.58nln，光谱宽度6nln，重复频率20MHz，输出最大功率为25mw。 B.在实验的基础上提出了新方案，为fs级掺Yb3+光纤激光器的设计提供了指导: a.在原有的基础上继续优化激光器，缩短腔长至5m以下，将激光器输出惆啾脉冲经光纤放大器进行CPA放大，然后用光栅对进行压缩。 b.重新设计激光器，采用光纤环形器和惆啾光纤光栅（CFBG）对激光器腔内色散进行补偿。或者采用惆啾光纤光栅（CFBG）对激光器腔内色散进行补偿，同时引入偏振分束器，通过对偏振控制器的调节实现脉冲宽度的可调节输出。