超短脉冲激光,一般指脉宽小于数十皮秒量级的激光脉冲,具有窄脉宽、高峰值功率的特点,在微纳加工、生物成像、激光医疗、材料切割等科研和应用领域发挥着重要作用。锁模掺铒光纤激光器因其具有成本低、性能稳定、使用方便等优点,是实现超短脉冲应用普及和推广的理想光源。然而在不同应用领域,对激光波段的需求是不同的,而锁模掺铒光纤激光器的波长一般局限在1520 nm-1600 nm之间,如能将其输出波段拓展到其他需求波段,可使其更具应用价值。本文研究工作便是以此为出发点,以锁模掺铒光纤激光器作为种子输入光源,结合各类非线性光学方法,产生更多波段的超短脉冲激光输出。一、首先研究和搭建了锁模掺铒光纤激光器,将其作为非线性光学应用的种子输入光源。制作了一种基于七芯光纤的超模干涉滤波器,将其应用于非线性偏振旋转锁模的掺铒光纤激光器中,实现了波长1538.8-1561.2 nm可调谐的飞秒脉冲输出。将一窄带滤波器应用于碳纳米管锁模的全保偏掺铒光纤激光器中,实现了波长1522.6-1573.7 nm可调谐的皮秒脉冲输出。随后以锁模掺铒光纤激光器为种子输入光源,分别以非线性晶体和高非线性光纤为介质,利用非线性方法拓展激光输出波段。二、以非线性晶体为介质,掺铒光纤飞秒激光器为种子输入光源,利用倍频方法产生780nm波段飞秒激光。即以全保偏光纤器件构成1560nm波段飞秒脉冲放大系统,配以受温度控制的MgO:PPLN作为倍频晶体。所产生的780nm波段飞秒脉冲,其平均功率输出1.1 W,脉宽183 fs,24小时功率抖动小于0.5%。三、以高非线性光纤为介质,搭建了以下三种具有全光纤结构的超短脉冲波长拓展系统:(1)以掺铒光纤飞秒激光器为种子输入光源,利用超连续谱产生双波段同步超短脉冲。分别获得了 1.03μm和1.56μm双波段同步超短脉冲光源,以及1.93μm和1.56μm双波段同步超短脉冲光源。此外还产生了具有良好平坦度的2μm波段超连续谱。(2)以掺铒光纤皮秒激光器为种子输入光源,利用参量振荡和级联四波混频,获得了多波长超短脉冲光源。可同时产生17个超短脉冲波长谐振,其中1338 nm至1705 nm之间的11个波长激光信噪比均大于30dB。(3)以掺铒光纤皮秒激光器为种子输入光源,利用受激拉曼散射和四波混频,在1.6-1.8μm波段实现双波长同步超短脉冲输出。本论文利用倍频、超连续谱、光纤参量振荡,四波混频、受激拉曼散射等非线性技术,拓展了锁模掺铒光纤激光器可提供的波段。