由于超连续谱(Supercontinuum,SC)光纤光源具有光谱范围宽,光束质量好,发光强度高,结构紧凑等优点,因此广泛应用于光电对抗、激光雷达、医学成像等领域。随着近年来脉冲光纤放大技术的快速发展以及新型非线性介质的不断出现,超连续谱的输出功率已经由最初的瓦级上升到百瓦量级,输出光谱范围也逐渐向紫外及红外方向扩展。然而,在超连续谱的输出功率和光谱范围均有提升的同时,也暴露出相应的问题。即随着超连续谱输出功率的提高,其相应光谱范围并没有进一步展宽,尤其是在可见光波段反而逐渐减小,同时可见光部分的功率比例也越来越少,这将给超连续谱应用带来一定的局限性。为了解决上述问题,本文将从理论和实验两方面出发,针对如何获得包含更多可见光能量的高功率超连续谱,即高功率白光超连续谱展开深入而系统的研究。本论文的主要研究内容和取得成果如下:1、首先,利用广义非线性薛定谔方程,对皮秒脉冲泵浦光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber,PCF)产生超连续谱的演化过程进行了数值模拟。模拟结果表明,引起可见光波段超连续谱展宽及能量增加的主要作用机制是色散波和孤子俘获效应下的交叉相位调制和四波混频。然后,根据模拟结果分析了目前制约白光超连续谱光纤激光器输出功率进一步提升的因素,主要为:高功率脉冲泵浦源与高非线性PCF的耦合效率问题;高功率脉冲泵浦源的非线性效应问题;以及高非线性PCF在高功率工作条件下的热损伤。2、分析了影响高功率脉冲泵浦源与高非线性PCF之间耦合效率的因素,主要包括高功率脉冲泵浦源输出尾纤与高非线性PCF的模场匹配问题和脉冲光纤放大器的模式控制问题。文中首先对基于热扩芯光纤技术的模场匹配器(Mode field Adaptor,MFA)建立了理论模型,并针对MFA所用光纤的最佳热扩芯时间及热扩芯长度进行了数值模拟。然后,以理论模拟结果为依据成功制作了20μm芯径到6μm芯径的高功率光纤MFA,在注入145W高功率脉冲光的条件下,MFA耦合效率高达82%,且性能稳定。同时,文中还对弯曲光纤选模法对脉冲光纤放大器的模式控制进行了理论研究,并根据理论计算得到的放大级光纤中不同光模式的临界弯曲半径以及弯曲半径和损耗之间的关系,对单模光纤放大器和多模光纤放大器同时进行了模式控制实验,有效地改善了输出脉冲的光束质量,进一步提高了耦合到PCF中的泵浦能量。实验中测量了经过控模后的160W高功率皮秒脉冲光光束质量,测量结果为~2=1.12,为近衍射极限脉冲。3、制作了高功率白光超连续谱光纤激光器单元模块。实验中利用自制的频率倍增器(Repetition Frequency Multiplier,RFM)对脉冲光纤放大器中非线性效应进行了合理控制,同时通过制作高功率光纤MFA以及对脉冲放大器进行模式控制实现了泵浦脉冲光和高非线性PCF之间的高效率耦合,在此基础上,获得了53.3W高功率白光超连续谱输出,光谱范围覆盖430nm-2400nm,10dB光谱带宽大于1700nm(泵浦光除外),以及67.9W高功率白光超连续谱输出,光谱范围覆盖500nm-1700nm以后,10dB光谱带宽大于1000nm(泵浦光除外)。实验中还对激光器系统进行了机械设计及电控设计,将其封装成了可以在实际当中应用的52W白光超连续谱单元模块,并对单元模块在满功率工作条件下进行了1个小时的工作稳定性测试,测试结果表明工作稳定性可达到±0.4%。4、对(7×1)高功率超连续谱光纤合束器进行了理论研究及制备实验。建立了(7×1)超连续谱光纤合束器系统模型,并基于有限差分光束传播法针对超连续谱模拟了合束器拉锥比、拉锥长度、锥腰长度及输出光纤长度等参数与合束器传输效率之间的关系。然后以模拟结果为依据,设计并成功制备了100μm芯径输出的(7×1)超连续谱光纤合束器,在对合束器制作工艺进行优化之后,对其进行单臂50W的高功率白光超连续谱通光测试。测试结果表明:所制备的高功率超连续谱光纤合束器单臂平均耦合效率高达98.8%,并且超连续光谱在各个谱段传输效率基本一致,说明合束器能够对超连续光谱进行有效的合束并传输。5、利用制备的(7×1)超连续谱光纤合束器对3台平均功率约为50W的白光超连续谱单元模块进行合束,成功获得了143.4 W的白光超连续谱高功率合束输出。