性能稳定可靠且重复频率为100 kHz-1 MHz的高平均功率高能量超短脉冲激光由于在激光精密微加工、临床医学、超快光谱和国防等方面的广泛应用,近年来倍受人们的重视。针对大量研究应用领域对高平均功率超快激光器的发展需求,本论文分别采用电光调制再生放大和多次单通放大相结合的技术以及声光调制的全光纤啁啾脉冲放大技术,系统开展了高重复频率、高脉冲能量全固态及光纤飞秒激光放大的研究,得到了重复频率百kHz、平均功率21W的皮秒激光放大输出和重复频率为1 MHz、单脉冲能量为10.5μJ的全光纤飞秒激光放大输出。此外针对上述激光系统对结构紧凑、成本低廉、操作简易以及体积小巧的飞秒种子源要求,进一步采用具有保偏特性的大模场棒状光子晶体增益光纤与全正色散非线性偏振旋转锁模技术相结合的方法,进行了环境稳定的高功率全正色散棒状光纤飞秒锁模激光振荡器的研发,对于推动百瓦飞秒激光放大的前端系统向着简易化方向发展,取得了具有重要意义的结果。论文的主要研究工作进展和取得的创新性成果有：1.以全固态皮秒锁模激光振荡器作为种子源和808 nin高功率二极管激光器作为泵浦源,开展了高平均功率全固态Nd:YVO4皮秒激光的放大研究。该系统由再生放大器和三级单通功率放大器组成。为了提高放大效率,设计了脉冲在腔内往返一周四次通过增益介质的新型再生放大腔结构,将脉冲宽度10 ps、中心波长1064nm、重复频率68 MHz的种子激光经过该再生腔进行脉冲选单和放大后,获得了重复频率为100 kHz、最高平均功率达2.6 W的激光输出。进一步经过三级单通功率放大器放大后,在该重复频率下最终得到了平均功率21 W、对应脉冲宽度为30 ps的结果,每一级的功率提取效率分别为31%、26%和36%。在水平和垂直方向测量得最终放大激光的输出M2光束质量因子分别是2.0和1.9。2.采用高掺杂Yb增益光纤,结合非线性偏振旋转锁模技术,实现了高信噪比且重频可调谐的全正色散飞秒谐波锁模光纤激光运转,并且给出了相应的理论解释。在22MHz的基波锁模情况下,通过微调偏振控制器和双折射滤波片,得到了最高88MHz的四次谐波锁模输出,相应的边模抑制比高达73 dB。经过腔外光栅对压缩后的脉冲宽度为624 fs。此外实验中还发现,在实现谐波锁模运转的过程中,调节波片和双折射滤光片的状态,腔内往返一周脉冲的个数和其时间间隔是可控制的,即具有连续的可调节性。以上现象对进一步理解和探索全正色散耗散孤子锁模内在机制具有重要意义。在此基础上,进而开展了低重复频率高能量全正色散锁模激光器的研究,在1.7MHz重复频率下,首次采用双折射滤波片作为光谱调制器件,实现了同步的三波长锁模运转,而且获得了在全正色散多波长锁模激光器中的最高输出功率和最宽调谐范围,并基于四波混频的理论对同步三波长锁模机制进行了解释。3.采用纤芯直径为85μm且具有保偏特性的棒状光子晶体光纤作为增益介质,在国内首次实现了环境稳定的高功率棒状光纤锁模激光器,得到了平均功率16 W、脉宽182fs、重复频率58 MHz的输出结果。进一步,基于改进的振荡腔结构同时结合976 nm窄线宽100 W多模二极管激光泵浦,获得了功率31 W、脉宽124fs、重复频率57.93MHz和长期功率稳定性优于0.3%的高功率环境稳定的棒状光纤锁模激光器。此外采用自主研发的30 MHz飞秒激光振荡器作为种子源,将其先经过第一级单模光纤放大到321 mW后,通过光栅对引入负色散对脉冲展宽又经由第一级纤芯直径为85 μm的棒状光纤进行功率放大,实现了平均功率32.6 W、脉宽6.5 ps的激光脉冲序列输出。随后再经偏振相关的隔离器及第二级光子晶体光纤放大后,获得了53.4W的平均功率激光输出。4.开展了啁啾脉冲放大飞秒光纤激光产生高能量飞秒脉冲的研究。利用自主研发的色散管理Yb光纤飞秒激光振荡器作为种子源,结合单模光纤时域色散展宽脉冲宽度和声光调制器进行重复频率控制以及后续的光纤放大,实现了重复频率为1 MHz、最高输出单脉冲能量为10.5μJ的全光纤飞秒激光放大器,相应的压缩脉宽为804fs。实验中发现在6.75μJ能量输出时,相应的压缩脉宽为424 fs。这种高能量的全光纤飞秒激光放大器在超快激光加工、成像、眼科医学和高次谐波等研究领域中有广阔的应用前景。