本论文是在国家自然科学基金项目和军口863预研基金的支持下开展工作的，论文主要由两部分组成：第Ⅰ部分，非线性偏振旋转（Nonlinear Polarization Rotation，NPR）被动锁模掺铒光纤激光器的研究；第Ⅱ部分，免调试Nd：YAG固体激光器的研究。第Ⅰ部分的研究内容和结果包括以下三个方面：一、根据Master方程对NPR被动锁模光纤激光器的脉冲参数进行模拟，结果表明，不论腔内色散为正或负，只要满足稳定性条件，都能在腔内形成稳定的锁模脉冲，并且当色散为负时，脉冲啁啾很小，而当色散为正时，脉冲啁啾很大。根据耦合非线性薛定谔方程对腔内脉冲的演变过程进行数值模拟，开始较宽的噪声信号经过在腔内多次运转后，最终演变成了稳定的锁模脉冲。二、研制了具有正色散腔的NPR被动锁模掺铒光纤激光器，并制成样机。激光器具有40mW的低泵浦阈值，实验获得了具有矩形形状的锁模光谱，阈值处的锁模光谱的3dB带宽为14.94nm，锁模脉冲的脉宽为21ps，增大泵浦功率，最大光谱3dB带宽为17.61nm，该结果优于2006年L．M．Zhao在optics letter上的报道。另外，我们首次在正色散腔的被动锁模掺铒光纤激光器中观察到多脉冲共存，当泵浦功率增加到81mW和149mW时，分别观察到了两个和三个脉冲在腔内共存的实验现象。实验测量了多脉冲的光谱、能量、脉宽和峰值功率随泵浦功率的变化，并对多脉冲的形成原因作了分析。三、将NPR被动锁模掺铒光纤激光器应用于“基于光信号时间扩展和并行、交替模／数变换原理的亚纳秒脉冲高速数据采集系统”。理论分析结果显示，调制器的波长响应会造成信号的畸变。采用周期为4.16ns的正弦信号进行了展宽实验，得到1.96倍和2.1倍的信号展宽结果，验证了光信号时间扩展预处理器部分的设计思想的可行性。第Ⅱ部分的研究内容和结果包括以下三个方面：一、理论分析了免调试Nd：YAG固体激光器的特性，通过数值模拟得出结论，角锥棱镜谐振腔对角锥棱镜的平移失调有一定的敏感性，而对输出镜的角度失调是不敏感的。利用菲涅耳-基尔霍夫积分方程，模拟出角锥棱镜腔近场模式，该模式由六个瓣状结构组成，与实际光斑相吻合。在角锥棱镜腔内插入偏振镜作为输出镜，数值模拟显示偏振镜透过率随角锥棱镜的转动而变化。二、采用Cr⁴⁺：YAG晶体作为被动调Q开关，实现了免调试Nd：YAG固体激光器的被动调Q。数值模拟表明，被动调Q脉冲的峰值功率和能量随角锥棱镜的转动而变化，而脉宽变化很小。实验获得被动调Q脉冲的最高峰值功率和能量分别为10.36MW和174.4mJ，转动角锥棱镜测得峰值功率和能量的变化范围为1.77MW和14.9mJ，脉宽在20ns附近波动，与理论结果相一致。三、实现了免调试Nd：YAG固体激光器的被动锁模，实验得到的锁模脉冲重复周期约为3.3ns，转动角锥棱镜改变腔内光强，获得了被动调Q脉冲，激光器可以工作在被动锁模和被动调Q两种状态。另外，进行了免调试Nd：YAG固体激光器的电光调Q实验，通过在电光调Q开关KTP晶体前加偏振镜，解决了由于角锥棱镜的退偏效应而不能进行电光调Q的问题，实验测得电光调Q脉冲最高能量为190mJ，对应脉冲宽度为10.77ns。本文的创新点：一、研制了具有正色散腔的NPR被动锁模掺铒光纤激光器，实验上验证了一种新型的光孤子—增益诱导光孤子，并得到矩形形状的锁模光谱，该结果优于2006年L.M.Zhao等人在optics letter上的报道，并首次在该激光器中观察到多脉冲在腔内共存情形。二、将NPR被动锁模掺铒光纤激光器应用于“基于光信号时间扩展和并行、交替模／数变换原理的亚纳秒脉冲高速数据采集系统”，采用周期为4.16ns的正弦信号进行了展宽实验，得到1.96倍和2.1倍的信号展宽结果。三、实现了免调试Nd：YAG固体激光器的被动调Q脉冲输出，首次分析了角锥棱镜的退偏效应对脉冲性能的影响。实验获得被动调Q脉冲的最高峰值功率和能量为10.36MW和174.4mJ，转动角锥棱镜测得峰值功率和能量的变化范围为1.77MW和14.9mJ。四、实验获得免调试Nd：YAG固体激光器的被动锁模脉冲，具有高调制度，其重复周期约为3.3ns。发现转动角锥棱镜可使激光器工作在被动锁模和被动调Q两种状态，理论分析表明，这是由于角锥棱镜的转动改变了腔内的偏振态，进而改变腔内光场所致。