超短脉冲光纤激光器主要是指以稀土掺杂光纤作为增益介质的激光器。其中,掺铥光纤激光器,由于其工作波长在2μm附近,恰好位于人眼安全波长区,在空间光通信、激光-物质相互作用、时间分辨分子光谱学、生物光子学、医疗保健、激光雷达、遥感等方面具有重要应用。因而掺铥光纤激光器的研制受到世界各国的广泛关注。本文通过理论计算和数值模拟的方法,研究了连续掺铥光纤激光器和超短脉冲掺铥光纤激光器的各项性能和相关参数之间的关系,为实验研究掺铥光纤激光器奠定理论基础。主要研究内容包括：1.介绍了铥元素的能级结构特点,在此基础上对掺铥光纤激光器3H6→3H4的泵浦方案进行分析。采用速率方程的方法对其进行理论分析,并建立掺铥光纤激光器的数学模型。模拟仿真了环腔掺铥光纤激光器的特性,分析了铥离子的掺杂浓度、光纤长度、输出耦合比等参数对激光器输出功率的影响。通过分析得出,在其他条件一致的情况下,掺杂浓度、光纤长度以及输出耦合比,均存在使掺铥光纤激光器获得最大输出功率的最佳值,偏离最佳值将会导致输出功率的降低。通过适当提高增益介质的掺杂浓度或者输出耦合比,可以有效缩短掺铥光纤的长度。2.介绍了锁模激光器的基本原理和结构,锁模方法技术。设计了基于基于石墨烯可饱和吸收体的超短脉冲掺铥光纤激光器的结构图。利用ABCD矩阵分析法,分析了光纤色散、光纤非线性、饱和吸收体的幅度调制、增益介质带宽等参数对超短脉冲掺铥光纤激光器输出脉冲脉宽、啁啾的影响。结果表明,激光器腔内的正色散使得锁模激光器输出的脉冲啁啾加大,脉宽变宽,要得到脉宽窄的脉冲输出,必须尽可能减小腔内正色散。3.从非线性薛定谔方程出发,对被动锁模掺铥光纤激光器的脉冲演化进行了数值模拟。分析了光纤色散、光纤非线性、饱和吸收体的三阶非线性系数以及光纤偏振模色散在锁模激光器脉冲演化中所起的作用。