2～4μm中红外脉冲激光在气体探测、材料加工和军事等领域具有重要的应用前景,相比于单一波长脉冲激光器,波长可调谐脉冲激光器具有集成度高、灵活性强等优势。孤子自频移（SSFS）效应作为一种实现波长灵活调谐的有效手段,通过光纤内拉曼散射效应使脉冲高频分量作为泵浦光,连续的将能量传递给脉冲低频分量,最终使得拉曼孤子中心波长连续的向长波方向移动,实现中红外波长可调谐拉曼激光器。目前已通过各种非线性光纤实现了在中红外范围内的波长可调谐,其中最大调谐范围为2～4.3μm,但所产生的激光还存在一些问题,如输出功率低、拉曼转换效率低等。针对该问题,本文围绕超短脉冲锁模光纤激光器的搭建和级联光纤SSFS效应,开展2～4μm波长可调谐激光器的研究。基于此本文主要研究内容如下:1.建立了脉冲在中红外波段中的传输方程广义非线性薛定谔方程（GNLSE）的两种形式并给出相应求解方法,同时在时域GNLSE中引入增益项,实现了具有增益的GNLSE。主要进行了基于分步傅里叶法求解时域GNLSE的研究,对比了脉冲宽度、脉冲峰值功率、光纤长度和增益分别对SSFS效应的影响,并得出脉冲宽度与SSFS效应负相关和脉冲峰值功率、光纤长度与增益对SSFS效应正相关的结论。2.基于理论结果我们搭建了基于级联光纤的2～2.9μm波长可调谐光纤激光器,并通过理论仿真研究了实现2.8～4μm波长可调谐光纤激光器的可能性。首先,通过混合锁模方式与色散管理技术相结合,产生了中心波长1950.7 nm,脉冲宽度692.9 fs的弱Kelly边带孤子;通过掺铥光纤放大器（TDFA）作为一级放大和同步波长拓展,实现了中心波长在1985.2～2294.7 nm的拉曼孤子,并且当中心波长在2163.5 nm时,具有最短的脉冲宽度434.8 fs。将拓展后的脉冲注入94 mol.%Ge O2掺杂锗芯光纤中,通过光纤的高非线性实现波长2054.9～2862.7 nm拉曼孤子,当中心波长为2862.7 nm时,具有最窄脉宽273.61 fs,脉冲能量3.94 n J,拉曼孤子转化效率为30.5%;随后通过掺Er3+ZBLAN光纤放大器对所获得～2800 nm脉冲进行放大,提高脉冲能量至9.24 n J;理论上我们预测基于氟碲酸盐（TBY）光纤的进一步波长拓展特性,并实现了波长在2800～4047 nm的拉曼孤子激光器,预测最短脉宽61 fs。3.搭建了Ho3+-Pr3+共掺ZBLAN锁模光纤激光器,并基于金纳米线（GNWs）材料作为可饱和吸收体产生了中心波长2864.9 nm基阶锁模脉冲和二阶谐波锁模脉冲,其脉冲宽度和能量分别为12 ps和19 ps,3.7 n J和2.1 n J,这是首次观测到该波段基于可饱和吸收材料锁模激光器产生谐波锁模现象。