超连续谱（SC）激光在基础科学、环境监测、生物医疗和国防等众多领域都有着广泛的应用需求。尤其是2-5μm波段内超连续激光,可有效覆盖大气窗口,其在诸如红外照明、高光谱成像、光谱激光雷达、红外对抗等大气应用领域有重要前景。另外该波段包含众多分子材料的指纹吸收谱,因而2-5μm超连续谱激光还可以被广泛地应用到红外光谱学。全光纤结构的超连续谱激光可以保持光纤激光固有的稳定性好、热管理方便、结构紧凑、空间相干性好等优点,避免价格高昂的固体激光器以及分离器件带来的不良影响。开展高亮度高稳定的2-5μm超连续谱激光研究,对于促进波段内光源走向实际应用有重要意义。为此,论文以光纤抽运的2-5μm波段内超连续谱激光光源为研究对象,展开了全面系统的理论和实验研究,主要内容包括:提出了固定坐标系下频域广义非线性薛定谔方程（GNLSE）的求解方法,数值仿真研究了掺铥光纤放大器（TDFA）、氟化物ZBLAN光纤和硫系玻璃光纤中超连续谱产生的物理过程。首次从理论上揭示了TDFA对超快种子激光脉冲放大,逐渐形成孤子群脉冲,并输出2-2.5μm超连续谱激光的物理过程。指出了与孤子相关的频率红移效应是超连续谱激光输出光谱不断自展宽涉及的主要非线性效应。开展了二维新材料碲化铋作为可饱和吸收体在2μm锁模孤子脉冲产生方面的实验研究,并对比研究了基于非线性偏振旋转效应的2μm锁模孤子脉冲产生以及基于“1.5→2μm”频率变换的孤子群脉冲产生,丰富了2μm激光脉冲的产生方法。通过“1.5→2μm”频率变换方法,获得了2μm波段占空比可调的孤子群脉冲种子,为实现高功率2-2.5μm超连续谱激光打好了研究基础。实现了单模和大模场TDFA中瓦量级和百瓦量级的光谱平坦型2-2.5μm超连续谱激光光源,发现了高占空比种子激光可以大幅度提升TDFA的工作效率。利用单模TDFA对啁啾脉冲进行功率放大,获得了最高功率为41.6 W的2-2.5μm超连续谱激光输出。利用大模场TDFA分别对重复频率2 MHz和4 MHz的高占空比孤子群脉冲种子进行功率放大,获得了最高功率为101.6 W和203.4 W的光谱平坦型2-2.5μm超连续谱激光输出。当输出功率为203.4 W时,超连续谱的3 dB光谱带宽为550 nm,对应波长范围为1987-2537 nm,取得功率指标是国际上同类研究报道中的最高记录。开展了软玻璃光纤的后处理技术研究,实现了石英光纤与软玻璃光纤、软玻璃光纤与软玻璃光纤的高强度、低损耗熔接。首次搭建了全光纤结构ZBLAN光纤超连续谱激光光源,分别研究了光纤长度、熔接通过率、抽运脉冲能量大小等因素对ZBLAN光纤中超连续谱产生的影响。当ZBLAN光纤的纤芯直径为7μm时,获得了瓦量级光谱超平坦的2-4.5μm超连续谱激光输出,波长3.8μm以上光谱功率比例达到21.1%,其输出功率不稳定性小于0.6%。在功率指标提升方面,利用大模场TDFA抽运纤芯直径9μm的ZBLAN光纤,获得了最高功率15.2 W的2-4.5μm超连续谱激光输出,波长3.8μm以上的功率值达到了1 W以上。取得结果是全光纤结构中红外超连续谱激光的最高功率水平,也是光谱达到4μm以上的中红外超连续谱的最高功率记录。采用级联光纤抽运方案,选择ZBLAN光纤产生的2-4.2μm超连续谱激光光源作为抽运源,研究了As₂S₃光纤和As₂Se₃光纤中的超连续谱产生。在空间耦合方式下,选择抽运激光的重复频率为50 kHz时,在As₂S₃光纤中获得了平均功率为67.1 mW、光谱长波拓展到5.5μm的光谱超平坦2-5μm超连续谱激光输出;而选择抽运激光的重复频率10 kHz时,在As₂Se₃光纤中获得了平均功率为9.28 mW的2-5.8μm超连续谱激光输出,对应10 dB光谱带宽为3220 nm,覆盖波长范围为2230-5450 nm。采用光纤端面对接耦合和玻璃套管封装法,首次实现了全光纤结构的高亮度超平坦2-5μm超连续谱激光输出,最高输出功率为97.1 mW,10 dB光谱带宽为2840 nm,对应波长范围为2140-4980 nm。该结果为目前国际上全光纤结构2-5μm超连续谱激光的最高输出功率。