2μm波段高能量、高峰值功率的超短脉冲在大气探测、生物医疗、中红外差频产生、激光雷达等领域有着十分广泛的应用,因此研究2μm高能量超短脉冲的产生具有十分重要的意义。大模场光纤应用在光纤激光器中能极大地提高光纤可承受的脉冲能量和峰值功率,对产生高能量超短脉冲十分有利。本文主要基于这两点进行了以下研究:1.介绍了2μm波段高能量掺铥光纤激光器的研究进展,主要从放大器中获得高能量超短脉冲,和振荡器直接输出高能量超短脉冲两个方面调研了该领域的研究情况。整理了大模场光纤在1μm、1.5μm和2μm波段的发展现状,提出了目前存在的技术瓶颈及可进一步研究的方向。2.介绍了光纤激光器的振荡模相位锁定产生脉冲的原理以及常见的技术手段,讨论了实体可饱和吸收体和虚拟可饱和吸收体锁模的工作机制。3.讨论了大模场光纤的结构和熔接;根据光波导理论计算了两种大模场光纤的输出模式,并通过MATLAB作出了各个模式的二维和三维光场分布;研究了各个模式的弯曲损耗,由此研究了大模场光纤的单模传输方法,针对LMA-TDF-25/250光纤,单模传输最大弯曲半径为35 mm,针对LMA-EYDF-25/300光纤,单模传输最大弯曲半径为24mm。4.介绍了高阶孤子的形成原理,以及利用高阶孤子的演变来获得超短脉冲的原理;基于高阶孤子自压缩原理搭建了一个高峰值功率窄脉宽的大模式面积掺铥光纤激光器。首先利用碳纳米管锁模技术搭建了一个单模光纤振荡器,在1.96μm波长处稳定输出锁模脉冲,经过非线性放大产生高阶孤子后,脉宽缩短了4倍,脉冲能量提高了约40倍。最终输出脉冲宽度为196 fs、脉冲能量为5.8 n J的脉冲。5.基于NPR技术搭建了一个大模场光纤孤子锁模激光器,在泵浦功率为7 W时输出重复频率为53.7 MHz,脉冲能量2.9 n J,脉宽为715 fs的近转换极限脉冲。继续增加泵浦功率,可输出最高4.5 n J的稳定锁模脉冲,极大的提高了振荡器输出孤子脉冲的能量。随后还在此系统的基础上搭建了一个单模光纤激光器,表征激光器的输出性能,与大模场光纤激光器进行对比,证明了大模场光纤在产生高能量短脉冲时的优良表现。