高能量周期量级光脉冲是指脉冲能量在mJ或亚mJ量级、脉冲宽度小于两个光学周期（5 fs左右）的超强超短脉冲，是飞秒激光脉冲发展到一定阶段的必然趋势，同时也是利用高次谐波方法产生单个阿秒脉冲的必备手段。本文介绍了高能量周期量级光脉冲相关技术的理论和实验研究，主要内容如下：　　 首先介绍了飞秒激光器的性质、特点和发展历史，高能量周期量级光脉冲产生的技术方案等。为获得高能量周期量级光脉冲，本课题采用了充气空芯光纤方案。介绍了其基本原理，利用耦合的非线性薛定谔方程建立理论模拟模型，模拟了自相位调制（SPM）和互相位调制（IPM）效应下光谱的展宽效果，并对两种效应进行了对比。为获取宽光谱的同时，提高入射脉冲承受能量，提出了新型的温度梯度结合IPM效应的理论方案，并进行了相应的模拟。　　 其次进行了充气空芯光纤方案的实验研究。在实验上，利用此方案获得了高能量接近周期量级光脉冲。实验研究了聚焦凹镜的焦距、气体的种类、压强、入射能量对透射率和出射光谱的影响等。利用SPM效应，经过购置宽带啁啾镜压缩，脉冲宽度为6.6 fs，脉冲能量0.64 mJ。经过自制宽带啁啾镜压缩，脉冲宽度为6.96 fs，脉冲能量0.8 mJ。利用IPM效应，得到的优化光谱范围为350-900 nm，傅里叶变换极限脉冲为1.75 fs，脉冲能量0.168 mJ。之后进行了实验方案改进分析，通过提高空芯光纤的直径和结合梯度技术，可获得更高能量输出。　　 现有的产生高能量周期量级光脉冲的各种方案都是基于钛宝石激光器和放大器系统，但其价格昂贵、系统复杂，难于普及。飞秒光纤激光器具有结构紧凑、输出效率高、无需水冷等特点。而要取代钛宝石激光器，让飞秒光纤激光器成为产生高能量周期量级光脉冲的新基石，需要提高其各项性能指标，比如脉冲宽度、单脉冲能量、重复频率、和脉冲稳定性等。基于此，本文进行了飞秒光纤激光器系统理论和实验研究。建立了飞秒掺镱光纤激光器的理论模型，进行了展宽.压缩型掺镱光纤激光器的数值模拟，研究了掺镱光纤激光器的腔内动力学过程。　　 在实验上，进行了掺镱光纤激光器的研究，包括全正色散型和展宽-压缩型两种；提出了新型的“H”型结构腔型，将SESAM和光栅对同时放置在光纤激光器腔内，可以获得稳定锁模脉冲输出；进行了放大器和超低重复频率光纤激光器的研究，获得了更高脉冲能量。脉冲同步是利用两束光相干合成周期量级脉冲的必要条件，搭建了新型的飞秒掺铒和掺镱环形腔光纤激光器同步系统，利用注入锁定的方法，获得了同步激光脉冲的输出，同步精度为14.7 fs。　　 最后对全文的工作进行了总结和展望。