大模场面积光子晶体光纤飞秒激光器,克服了传统单模光纤小模场对功率和能量提升的限制,获得了可与块状晶体飞秒激光器相比拟的输出参数,同时保留了光纤激光器小型化,低成本,高稳定性,高平均功率等优点。因此,近年来引起国内外科研人员的广泛关注。本论文通过数值模拟和实验验证的方法,系统研究了放大自相似子振荡器的产生及演变特性和非线性放大系统的耦合动力学及其优化。本论文的主要工作和创新点可以概括如下:1.介绍了飞秒激光的特点及发展历程,包括:工作在不同锁模域的振荡器和各种光纤放大技术的发展及其优缺点。2.采用对称分步傅立叶法求解包含增益的非线性薛定谔方程,建立了光纤锁模激光器的数值模型。在此数值模型中,首次根据增益光纤侧面泄露的荧光强度分布建立光纤的增益分布模型。基于该模型,分别讨论了增益、色散、滤波器带宽和输出位置对腔内自相似演化的影响,详细了解了其中的物理机制,得出了最佳的设计参数。3.设计并实现了基于单根10 m的大模场面积光子晶体光纤的、带有色散图的放大自相似子振荡器。根据模拟结果,以第一个光栅的零级反射作为输出,获得了重复频率8.6 MHz,脉冲能量95 nJ的抛物线脉冲输出。这是首次在线形腔中实现放大自相似子运转,95 nJ也是目前获得的放大自相似子振荡器中输出的最高脉冲能量。4.设计和实现了全光子晶体光纤飞秒激光非线性放大系统。通过系统优化获得了同类型飞秒激光放大器中最高的平均输出功率34 W,脉冲宽度约为50 fs,重复频率为42 MHz,对应脉冲能量为0.8μJ,峰值功率16.2 MW。5.根据数值模型,讨论了振荡级腔内净色散量对其输出参数的影响;并分别取调节范围内的零色散、最大正色散和最大负色散三种条件下的输出作为种子光进行放大比较。根据模拟结果,采用工作在零色散附近的色散管理管子振荡器作为种子源,通过调节振荡级腔内色散量和泵浦功率实现了对放大级输出的脉冲质量的优化,获得了平均功率28 W、脉冲宽度45.7 fs的无基底脉冲输出。