高能量密度物理研究，包括激光驱动惯性约束聚变和基于激光等离子体加速的高能粒子对撞机，是推动高能高功率激光驱动器发展的重要动力。传统的基于氙灯泵浦的大口径、块状钕玻璃激光驱动器的能量转换效率极低，难以满足未来惯性聚变能源和高亮度、高能粒子对撞机对激光驱动器的高效、重频工作的要求。基于光纤放大网络概念的高能高功率脉冲光纤激光系统继承了光纤激光器的特点和优势，是未来激光驱动器有希望的备选方案之一。本论文系统阐述了高能高功率脉冲光纤激光系统的总体构架和基本概念，指出了决定此系统可行性所面临的三大约束条件，即束靶耦合需求约束、单纤输出能力约束和光纤组束容限约束，并对系统涉及的关键科学技术问题进行了梳理。针对束靶耦合需求约束，建立了甚多束束靶耦合理论分析模型，定量地给出了兆焦级激光驱动器对单纤模场直径和输出脉冲能量的要求，并在相干与非相干组束条件下研究了靶面光强分布。针对单纤输出能力约束，建立了描述超大模场光纤中光束非线性传输的数值模型，对单芯输出峰值功率的终极受限因素自聚焦效应进行了理论研究，揭示了自聚焦长度随光纤芯径、模式和峰值功率的变化规律。研究结果表明，束靶耦合对单纤模场直径和输出脉冲能量的要求都比现有技术水平都高出一个数量级左右，甚至也高于单芯光纤输出峰值功率的自聚焦受限水平，需要研究新型的超大模场波导结构和抑制自聚焦的方法来解决这一问题。为了对构成高能高功率脉冲光纤激光系统的基本组成部分单纤传输放大链路中的脉冲演化行为进行模拟，本论文建立了基于瞬态速率方程模型和金斯堡-朗道方程模型耦合的复合模型，扩展了原有单一模型的描述范围。作为对单纤传输放大链路的初步实验演示，在脉冲光纤激光放大系统的一般设计准则指导下，设计和实验研究了基于大模场光子晶体光纤的全光纤结构纳秒脉冲激光放大系统，探索了大模场光子晶体光纤的切割和熔接技术，对10ns方波种子脉冲获得了近毫焦能量、单横模的输出。