光纤锁模激光器拥有脉冲短、光谱宽、重量轻、脉冲稳定、信噪比高的优势,在光钟、时频传递、低相噪射频信号、天文光谱仪校准、相干激光雷达、军事、光传感、激光测距以及任意光波形产生等领域具有广阔的应用前景,是激光技术领域研究热点之一。当前,光纤锁模激光器向着结构更优化、脉冲更短以及重复频率更高等方向发展,对光纤锁模技术的研究具有重要的理论意义和应用价值。光纤锁模激光器可以产生高质量的光学频率梳,其直接拍频可获得低相噪射频信号,在提高导航定位、雷达、深空探测等高精度信息系统的性能方面有重要的作用。当前,高精度信息系统正向协同组网方向发展。为了使系统能够协调一致地工作,必须实现全系统的时间和频率的统一和同步。基于光纤锁模激光器的频率传递对系统时间和频率的同步具有重要的意义。本文针对光纤锁模激光器色散管理、超连续谱、高重复频率、全保偏锁模以及在频率传递中的应用进行了理论与实验研究。分析了光纤锁模激光器色散管理带来的脉冲状态、超连续谱带来的脉冲压缩、搬运等震动导致的失锁问题。同时,讨论了光纤锁模激光器在频率传递中应用,提出了一种光波微波锁相环实现相位抖动补偿方案,实现了一种基于光纤频率梳的多接入环形链路频率传递系统。主要成果如下:1.提出并设计了一种基于非线性偏振演化简单高效的光纤锁模激光器。不同于传统非线性偏振演化光纤锁模激光器,该激光器通过三维操纵偏振分束器来实现偏振控制和偏振选择功能。以一个偏振分束器替代了传统激光器结构中的起偏器、半波片以及四分之一波片。使得激光器的结构得到简化,系统增益得到提高。实验结果表明,该激光器的传输效率提高到24.1 7%,其中心波长为1584 nm,单脉冲能量达1.51 nJ。2.设计实现了一种基于光波微波锁相环实现相位补偿的方案,并基于该方案和光学频率梳,实现了一种用于环形网的多接入稳定频率传递系统。在系统的本地端,100 MHz重复频率的光纤锁模激光器作为频率传递系统的光源,该光信号在多接入点环形光纤链路中传输了150 km。在环形链路中对两个接入点的频率稳定性进行了测试。中间节点处频率传递秒稳定度为3.65×10-15,1000 s稳定度为7.8×10-18。在另外一个节点处也获得同等的频率稳定性。该系统具有在长距离多接入环形链路中实现高稳定频率传递的潜力。3.根据非线性放大环镜的工作原理,建立了透射率模型并进行了仿真分析。结果表明,非线性放大环镜光纤锁模激光器的锁模特性与光纤耦合器的分光比有关,还与环内光脉冲形成的相移差有关。在此基础上,搭建了30.8 MHz基于光延迟线的非线性放大环镜光纤锁模激光器,实现了激光器稳定光脉冲输出,腔长电动可调范围达13 kHz。激光器经过脉冲压缩获得超连续谱,其光脉冲宽度达58 fs。4.通过光器件集成技术,实现了适用于频率传递系统的100 MHz高重复频率光纤锁模激光器。该激光器仅使用两个光集成器件实现了稳定锁模。针对高重复频率对腔长的要求,将波分复用器、光耦合器、隔离器和起偏器集成到一起。并且针对大范围腔长可调,将偏振控制器和光延迟线的光集成器件。这不仅缩短了超过1.1 m的尾纤,而且实现了重复频率大范围手动可调,其可调范围达1.9 MHz。同时,通过分析温度和重复频率的变化关系,推导出该激光器腔内光纤的有效热膨胀系数为1.05×10-51/℃。