超短脉冲激光器具有输出脉冲宽度窄、峰值功率高、光谱谱线宽的特点,是一类拥有重要研究意义及应用价值的激光器,在可控核聚变、非线性频率变换、超分辨光谱学、新材料、生物医学等领域都具有深远的影响力。超短脉冲掺镱光纤激光器相较于其他激光器,具有热负荷低、量子转换效率高、输出光谱宽、结构紧凑、成本低廉等优点,因此对该类激光器的研究成为了激光领域重要的研究方向之一。近年来,随着低维纳米材料制备技术的快速发展,很多低维纳米材料被发现具有良好的可饱和吸收特性、低廉的成本和非常宽的光谱响应范围等优点。由此,基于低维纳米材料的锁模光纤激光器开始被研究人员广泛关注并进行深入研究,如何实现更窄的脉冲也成为了重要研究目标之一。另一方面,基于低维纳米材料的波长可调谐超短脉冲激光器也是研究的热点之一,该类激光器被广泛的用于生物医疗探测以及波分复用通讯技术领域的研究。本论文中主要利用单壁碳纳米管和非线性偏振旋转技术对超短脉冲掺镱光纤激光及波长调谐特性进行了研究。首先,利用实验室制备的单壁碳纳米管可饱和吸收体搭建了皮秒级超短脉冲掺镱光纤激光器,展开了对单壁碳纳米管掺镱锁模光纤激光器实现飞秒脉冲输出的研究。为了实现更窄的脉冲输出,通过衍射光栅对调整腔内的色散,实现了飞秒级脉冲激光输出;然后,利用体光栅和光纤准直器的组合作为可调谐滤波器,实现了非常宽的光谱调谐输出,同时输出光谱范围内波长可以被精确调谐;最后,对非线性偏振演化掺镱锁模光纤激光器开展研究。为了提高光纤激光器的紧凑性和灵活性,降低搭建成本,对激光器谐振腔重新设计,采用了偏振分光棱镜实现了对腔内脉冲偏振态的控制,得到了具有高输出效率且稳定的锁模脉冲输出。论文主要工作和创新性成果如下:第一,基于单壁碳纳米管可饱和吸收体薄膜,实现了皮秒掺镱锁模光纤激光输出,其中心波长为1019.9 nm,光谱带宽为1.8 nm,脉冲宽度为2.19 ps。在此基础上,在激光谐振腔内加入一对衍射光栅调整腔内的净色散,在近零色散附近实现了稳定的超短脉冲输出,其中心波长1025.5 nm,光谱带宽37.2 nm,脉冲宽度为379 fs。进一步利用腔外光栅对压缩脉冲,最终获得脉冲宽度175 fs。这为基于低维纳米材料可饱和吸收体在掺镱光纤激光器中实现飞秒激光输出提供了一个可行方案。第二,利用反射式光栅波长调谐器具有调谐光谱宽、调谐精度高、响应速度快、成本低廉,连续调谐过程中锁模状态不改变等优点,搭建了一台波长可调谐的单壁碳纳米管掺镱锁模光纤激光器,该激光器输出脉冲的脉冲宽度为2.43 ps,中心波长为1030 nm,光谱带宽为1.6 nm。通过调整反射光栅角度实现了1005nm-1060 nm范围的连续调谐锁模激光输出,该激光器支持最小步长0.01 nm的精确调谐。在整个连续调谐过程中,激光输出的光谱带宽和脉冲宽度不会随着中心波长的移动而发生改变,同时激光输出的稳定性很好。第三,通过单个偏振分光棱镜对腔内脉冲的偏振态进行控制,实现了稳定的非线性偏振演化掺镱锁模光纤激光输出。首先利用标准的非线性偏振演化技术实现了超短脉冲掺镱光纤激光输出。在此基础上,采用单个偏振分光棱镜实现了掺镱锁模光纤激光器,其输出锁模脉冲光谱中心波长为1036.4 nm,半高全宽为8.5 nm,脉冲宽度为4.9 ps,激光斜率效率大于50%。