单腔双重频锁模激光器是近年来发展的一种新型激光光源,它能在同一个谐振腔内产生两套重复频率略有差异的脉冲序列。由于这两套锁模脉冲序列在激光器中经历了相同的环境,具有较低的共模噪声,因此双重频锁模激光器被广泛应用于光谱测量、激光测距、激光陀螺仪、异步光学采样以及光纤光栅传感等领域。与空间结构的单腔双重频锁模激光器相比,全光纤单腔双重频锁模激光器具有结构简单紧凑,光束质量好,散热性和稳定性好等优点,吸引了广大研究者的关注。虽然近几年已取得较大的进展,但由于全光纤单腔双重频锁模激光器起步晚,其产生脉冲的方式较为单一,目前大多数还是基于二维材料的可饱和吸收体如碳纳米管、二硫化钨等搭建而成。这些可饱和吸收体普遍存在成本高、制作困难以及损伤阈值低等缺点,严重阻碍了全光纤双重频锁模激光器的实用化。为了解决该问题,本文旨在发展一种新型的高性能全光纤单腔双重频锁模激光器。通过系统研究梳状滤波器、腔损、全光纤结构的可饱和吸收体和非线性放大环形镜等技术,我们搭建了多种结构紧凑、成本低,损伤阈值高的全光纤单腔双重频锁模激光器。本文的主要研究成果如下:1.实现结构紧凑型全光纤双波长锁模激光器。为解决梳状滤波器和可饱和吸收体分离导致激光器结构冗杂的问题,设计并制作了具有良好滤波性能的非线性环形镜可饱和吸收体,搭建了结构紧凑的全光纤双波长锁模激光器,获得了中心波长分别为1029 nm和1046 nm的双波长异步脉冲序列。2.实现中心波长位置固定的全光纤双波长锁模激光器。为了解决双波长激光器输出的两个中心波长位置难以固定的问题,采用调节腔内损耗的方式,结合掺铒光纤的发射谱线特征,搭建了基于腔内损耗的全光纤双波长锁模激光器,获得了位置固定且中心波长分别为1532 nm和1558 nm的双波长异步脉冲。3.实现非线性多模干涉型全光纤双向锁模激光器。针对双向锁模激光器锁模方式单一的现状,提出采用全光纤结构的可饱和吸收体搭建双向锁模激光器,成功实现了中心波长为1566 nm,重复频率差为7 Hz的双向异步脉冲输出,为未来实现结构紧凑、低成本、高功率的全光纤单腔双重频锁模激光器提供一种新的技术途径。4.实现全保偏偏振复用型双向锁模激光器。为提高全光纤单腔双重频锁模激光器的抗干扰性,研制了与保偏光纤快慢轴方向相关的隔离器,并利用该隔离器搭建了基于非线性放大环形镜的全保偏偏振复用的双向锁模激光器,获得了中心波长分别为1577 nm和1576 nm,重复频率差值为322 Hz,偏振态正交的异步脉冲。为实现抗干扰、低成本的全光纤单腔双重频锁模激光器铺平了道路。本文的主要创新点如下:1.通过拉锥技术制作了新型的全光纤可饱和吸收体,并基于该可饱和吸收体搭建了腔损型的双波长锁模激光器,获得了波长位置固定的双波长异步脉冲。此外,该激光器还具有单波长切换功能。2.提出并演示了基于多模干涉的全光纤双向锁模激光器,实现了双向异步脉冲输出,实验上证明了低成本、易制作、高损伤阈值的新型全光纤可饱和吸收体在双向锁模激光器领域应用的可行性,有望为新型高功率全光纤单腔双重频锁模激光器提供一种新的技术途径。3.研制了与保偏光纤轴向相关的隔离器,并利用该隔离器搭建了基于非线性放大环形镜的全保偏偏振复用双向锁模激光器,获得了偏振态正交的异步脉冲序列,为实现抗干扰、高性能的新型全保偏双重频锁模激光器奠定基础。