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飞秒激光具有脉宽窄,峰值功率高,其与物质相互作用时,热效应小,加工孔径周围没有熔融区,几乎没有微裂纹,对加工材料无选择性,正是基于这些特点,飞秒激光在工业微加工领域产生了巨大的应用。而作为核心部件,高功率高能量的飞秒激光器的研发和技术探索引起了国内外的广泛关注,成为研究的热点。本论文研究工作立足于探索、开发适合超短脉冲激光微加工应用的高能飞秒激光光源以及配套的光学部件,重点研究新型的高能飞秒放大技术,其中主要包括大模场的光子晶体光纤放大技术研究和新型的单晶光纤放大器技术研究;根据超快激光微加工的实际应用需求,探索了Kagome型空心光子晶体光纤的高能飞秒脉冲的传输特性,并利用高能超短脉冲在空心光子晶体光纤中的非线性光谱展宽,进行了非线性超短脉冲压缩技术的探索。根据超快激光微加工的实际应用需求,开发了基于电光调制效应的高重频超快激光操控技术,实现了高速的激光开关和脉冲串选择装置。通过相关技术的研究,了解并掌握了新型放大技术的机理,掌握了新型光纤介质的使用,并将相应的技术转化为了相关产品,形成了高能量高功率的飞秒激光器,高能飞秒传输耦合模块,高能飞秒激光高速开关和脉冲串产生装置,部分已成功应用于超快激光微加工领域。论文的主要研究工作进展和取得的创新性成果有:1、研究了基于掺Yb3+光纤的啁啾脉冲放大（CPA）系统。利用半导体可饱和吸收体锁模光纤激光器作为种子源,采用啁啾脉冲放大技术,将波长为1030nm的脉冲展宽到数百皮秒进行放大。采用多级的掺镱单模光纤和双包层光纤组成预放大器,主放大器采用大模场的掺镱棒状光子晶体光纤作为激光工作物质,实现了重复频率为211kHz,功率为50W的单模皮秒脉冲输出。通过合理地控制放大系统中每一级光纤放大器的增益以及非线性积累量,有效抑制了高能脉冲放大过程中非线性效应对脉冲时域特性的影响。采用反射式光栅对,对输出的放大脉冲进行压缩,最终获得了脉宽为887fs的激光输出,单脉冲能量达到124μJ,对应峰值功率为139.8MW,该实验结果为当时国内首次报道基于光纤结构的百微焦级飞秒激光系统。2、采用大模场双包层光纤与光子晶体光纤的熔接技术,实现了严格的全光纤结构的高能量超短脉冲输出,研究了放大过程中不同放大功率情况下的光谱变化和脉宽变化,获得了结构紧凑的50μJ,10W,933fs的高能飞秒输出,这也是基于全焊接方式实现的严格的全光纤结构的最高能量的飞秒激光输出。由于采用了全光纤结构,具有很好的环境稳定性,集成度高,和较好的工程化应用前景。3、开展了光纤-单晶光纤的混合式放大器技术研发,采用啁啾脉冲放大技术,在预放大注入信号1.4W@100kHz的情况下,通过偏振控制的单级双通放大结构,获得了14.6W的放大输出,放大增益超过10倍,光束质量Mx2（28）.1233,My2（28）1.239的高光束质量输出。通过采用反射式光栅对压缩,获得了859fs,63.5μJ的高能飞秒输出。在此基础上,搭建了级联的单晶光纤放大器,最高获得了44 W,100 kHz的放大输出,在保证光束质量M2<1.3的情况下,获得了压缩脉宽715 fs的超短脉冲输出,脉冲能量155.7μJ,平均功率15.57 W,该放大参数是基于单晶光纤获得的百微焦能量级别的最高功率的飞秒激光输出。并开展了光纤-单晶光纤的直接皮秒放大,获得了最高41.7W@250 kHz,脉宽16.95ps的直接皮秒放大输出,光束质量良好。4、开展了基于Kagome型空心光子晶体光纤的高能超短脉冲传输实验,掌握了高能超短脉冲的耦合方法,耦合效率达到80%以上,研究了不同输入脉冲能量下,耦合输出的光束质量,脉宽的变化,并研究了高能飞秒传输过程中的非线性效应,得到了其光谱演化过程,并利用其非线性效应,将10nm光谱展宽到60nm以上,采用外加GTI镜进行压缩,将初始的279 fs脉冲压缩到36 fs,输出能量达到20μJ,对应的峰值功率达到556 MW,这也是采用固体激光光源,基于Kagome-type空心光子晶体光纤不充气体的情况下,1μm波段获得的最高峰值功率输出。通过更加精确的色散补偿和更加强的非线性光谱展宽,可以获得更窄的脉冲宽度和更高的峰值功率。同时进行了234fs,100μJ,20W的高能量飞秒脉冲的耦合传输实验,由于采用了真空泵对光纤内部进行了抽真空,有效的抑制了非线性,传输输出的光束模式良好,脉冲宽度影响很小,并成功应用于微加工系统。5、利用105μJ,200 kHz,808fs的高能光纤激光器作为激光源,采用两块KTP晶体组成高速电光开关,提出采用两块KTP电光晶体相对旋转90度,一方面可以补偿掉双轴晶体的自然双折射,同时降低了半波电压,降低了对高压驱动的压力,4600V降低到2300V,使得电光开关可以实现最高500kHz下对高能飞秒激光的纳秒级高速开关控制,且对应的开关效率达到96%以上,该功能是基于振镜控制的高速超短脉冲微加工系统必须的应用功能。同时,采用可编程的高压窄门宽,结合偏振分光原理,实现了在不改变脉冲能量的前提下实现任意数量的脉冲串控制和分光,该功能对于不同材料激光加工工艺的研究具有重要的意义。