工作在“人眼安全”波段的2μm锁模光纤激光器由于其具有结构紧凑、脉冲宽度窄、峰值功率高、频谱范围宽等特点,在材料加工、气体探测、生物医疗、自由空间光通信等方面具有重要的应用前景。然而,由于2μm波段光纤激光器相比于1μm和1.55μm波段起步较晚,关于该波段锁模脉冲非线性动力学的研究还比较少。除此之外,光纤在该波段的群速度色散、非线性、掺杂稀土离子光纤的增益带宽等光学参数与在1μm和1.55μm波段相比有很大差异。因此,在2μm光纤激光器中实现不同形态的锁模脉冲并对脉冲进行压缩具有重要的学术意义和应用价值。本论文以基于非线性偏振旋转技术的被动锁模光纤激光器为基础,研究了2μm波段传统孤子、展宽脉冲和耗散孤子的产生。采用缩短谐振腔长度、腔外超高数值孔径光纤色散补偿或腔外空间光栅对压缩的方法分别对三种形态的脉冲进行压缩。具体研究内容如下:1.研究了谐振腔长对传统孤子脉冲窄化特性的影响,实验地分析了孤子分子的复杂非线性动力学特性。由于传统孤子对称分布的Kelly边带与色散相关,所以通过缩短腔长减小腔内的净色散值可以抑制了Kelly边带的产生,减少了Kelly边带的数目,使光谱展宽,进而达到压缩脉宽的目的。采用这种方法,腔长从6.92m缩短至1.96m,对应的脉宽从700fs减小到440fs。另一方面,通过实验发现,与Kelly边带相关的色散波和孤子间的相互作用导致了具有固定相位差的孤子分子形成。2.研究了采用不同类型的超高数值孔径光纤和Martinez型空间光栅对对展宽脉冲进行腔外脉冲压缩。首先,采用超高数值孔径光纤将腔内色散补偿至近零,完全抑制了Kelly边带的产生,实现了展宽脉冲输出。其次,采用UHNA4、UHNA7和SM2000D三种不同的超高数值孔径光纤分别进行腔外脉冲压缩并对比了压缩效果。其中UHNA4光纤将1.19ps的脉宽压缩至390fs。最后,谐振腔直接输出的展宽脉冲经过一段很长的单模光纤进行预展宽,再经过Martinez压缩器,将脉冲压缩至287fs。同样,研究了展宽脉冲束缚态的非线性动力学特性,并分析了脉冲尾部直接重叠导致了束缚态的形成。3.研究了正常色散区耗散孤子的产生,其光谱具有陡峭的边缘且顶部相对平坦,光谱的3d B带宽可以达到52nm。采用单模光纤对耗散孤子进行腔外脉冲压缩,脉宽从12.1ps减小至364fs。