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得益于高脉冲峰值功率以及窄脉冲宽度,超短脉冲光纤激光器一直是激光器领域的重要分支,在生物医学、微加工、光通讯、非线性光学等领域有着广泛的应用。近年来,随着低维纳米材料相关研究的飞速进展,发现了各种不同的具有可饱和吸收效应,宽带响应的低维纳米材料。基于低维纳米材料可饱和吸收体（Saturable absorber,SA）光纤激光器是超短脉冲光纤激光器领域的研究热点之一,实现脉冲窄化,产生不同类型孤子输出成为了重要的研究目标与方向。利用非线性偏振旋转锁模（Nonlinear polarization rotation,NPR）机制产生超短脉冲则是另一个热点方向,超快工作者致力于发展超短脉宽,宽光谱输出的光纤激光器,非常适用于光学频率梳、多光子显微成像和阿秒科学。本论文主要利用羧基氧化石墨烯（Carboxyl-functionalized graphene oxide,GOCOOH）和NPR锁模机制对超短脉冲掺铒光纤激光器和掺铥光纤激光器进行了研究,探索了锁模脉冲孤子的产生及演化特性。具体的研究工作如下:（1）基于GO-COOH不同孤子态输出掺铒锁模光纤激光器的实验研究利用GO-COOH作为SA,对不同孤子类型掺铒光纤激光器进行研究。通过控制腔内的净色散量使激光器工作在不同的色散区,成功得到了三种不同类型的孤子脉冲输出,光谱带宽分别为6 nm、11.38 nm、9.7 nm,脉冲宽度分别为460 fs、320 fs、3.26ps。该激光系统具有稳定可靠、结构简单、易于启动等特点,可为非线性光学领域研究不同类型孤子提供良好的实验平台。（2）基于GO-COOH双波长掺铒锁模光纤激光器的实验研究利用光学谐振腔内光纤双折射诱导的滤波效应,开展了基于GO-COOH的单、双波长掺铒飞秒激光器的研究。在谐振腔内色散为净负色散情况下,成功实现了传统孤子单波长和双波长可切换锁模脉冲输出。在低泵浦功率下,激光器输出单波长锁模脉冲,中心波长为1560.1 nm,3 d B带宽为5.1 nm,脉宽为548.1 fs。随着泵浦功率的提升,进一步调节偏振控制器（Polarization controller,PC）的角度和对光纤的压力,激光器可运行在双波长锁模状态。在450 m W泵浦功率下获得了中心波长为1555.2 nm和1531.9 nm的双波长锁模脉冲,波长间隔为23.3 nm。脉冲光谱的半高全宽分别是6.2nm和1.46 nm。该激光系统调节简单、易于搭建,可为在掺铒光纤激光器中产生双波长飞秒脉冲提供了一种可行方案。（3）基于GO-COOH C+L波段掺铒锁模光纤激光器的实验研究实验上搭建了C+L波段的掺铒锁模光纤振荡器,获得了自启动、高信噪比的锁模脉冲激光。通过控制谐振腔结构,优化系统增益位移效应,成功实现了稳定的C+L波段的传统孤子锁模脉冲输出。当增益光纤长度由0.6 m增加到1.9 m时,激光器输出脉冲中心波长由1560.88 nm增加到1593.3 nm。光谱带宽随着增益光纤的增加而增加,最宽为6.53 nm,对应脉宽为479.6 fs。该激光系统结构简单,可为高速光学采样、光学频率梳等领域研究提供稳定的高信噪比L波段飞秒脉冲光源。（4）宽光谱飞秒掺铒单模光纤激光器的实验研究实验上搭建了色散管理NPR掺铒光纤激光器,获得了宽谱飞秒锁模脉冲输出。通过控制腔内色散和偏振,成功实现了光谱带宽59.7 nm,腔外压缩后脉宽为85.9 fs的自相似孤子输出,并将其作为种子源输入进双向泵浦的掺铒光纤放大器（Erbiumdoped fiber amplifier,EDFA）中。放大器采用一级放大,输出端仅熔接一段SMF作为压缩器,在最大泵浦功率下得到了最窄脉宽59 fs,光谱覆盖范围从1400 nm～2000 nm,-20 d B的光谱带宽为553 nm的输出。该激光系统具有稳定可靠、易于自启动等特点,可为多光子成像系统提供理想的宽谱飞秒光源。（5）双态孤子可切换掺铒单模光纤激光器的实验研究在上一个实验的基础上,进一步优化腔内的色散以及偏振态,成功实现了可切换的两种孤子类型（色散管理孤子和自相似孤子）锁模脉冲输出。其光谱带宽分别为17.9nm和63.1 nm,腔外压缩后脉宽分别为219.5 fs和117 fs。选择其中的自相似孤子作为种子源,耦合入仅有后向泵浦的EDFA中,利用3.1 m SMF在最大泵浦功率下,得到了光谱覆盖范围从928 nm到2400 nm的倍频程超连续谱（Super-continuum spectrum,SCS）。该激光系统为研究多孤子可切换的潜在应用提供了一个良好的实验平台,同时也提供了一种在SMF-EDFA激光系统中产生超连续谱的可行方案。（6）可调谐掺铥光纤激光器的实验研究实验上搭建了两套NPR掺铥光纤激光器。第一个实验中,通过控制腔内偏振和色散,成功实现了中心波长1810.3 nm脉冲激光产生,光谱带宽3.6 nm,脉冲宽度1.14ps,证明了所定制的光纤器件可以抑制掺铥光纤的长波长发射,使得实现1.7μm可调谐超短脉冲具有可能性。在第二个实验中,利用腔内衍射光栅的滤波作用,实现了波长可调谐的皮秒量级超短脉冲输出,波长调谐范围为1788 nm～1827 nm。该激光系统结构简单、易于自启动,可为多光子成像和非线性光学等领域提供理想的可调谐超短脉冲光源。