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大功率高光束质量的全固态激光器一直是激光界研究的热点之一,在工业、国防、医疗、环境保护和科学研究中有重要的应用。板条激光器,尤其是半导体激光列阵部分端面泵浦混合腔板条激光器(InnoSlab),由于导热性好,容易得到大功率高光束质量的激光输出。这种结构与传统的板条激光器相比有两个特点：一是部分端面泵浦,即泵浦光被整形成一条光强分布均匀的长方形横截面细线入射至晶体端面,泵浦光不是充满整个晶体,而只是泵浦了晶体的一部分,在晶体中央构成了薄片状的增益层,并与激光模体积有较好的匹配,提高了光-光转换效率；二是采用混合腔,即在增益介质厚度方向上,由于菲涅耳数很小,泵浦光与激光模体积能实现很好的匹配,采用稳腔结构即能输出高光束质量的激光；而在增益介质的宽度方向上,由于菲涅耳数较大,采用离轴共焦非稳腔。这种腔具有很好地选模作用,因此在宽度方向上输出光近似平行光,这样部分端面泵浦混合腔板条激光器在两个方向上都具有近衍射极限的光束质量。本论文采用大功率激光列阵做泵浦源,以板条状Nd:YV04晶体作为激光工作介质,采用稳腔和混合腔结合部分端面泵浦,实现了连续波大功率高光束质量1.06μm和1.3μm激光输出；分别利用声光开关、饱和吸收体Cr4+:YAG作为腔内调制元件,研究了主动和被动调Q脉冲激光的输出特性；利用周期极化钽酸锂(PPLT)晶体作为腔外倍频元件研究了准相位匹配绿光连续运转特性；同时,建立了板条激光器稳腔连续、主动及被动调Q的运转速率方程组。本论文的主要研究工作总结如下：Ⅰ介绍了波导整形耦合系统的特点,从稳态热传导方程出发,研究了掺杂浓度为0.3%的Nd:YVO4晶体内部的温度和热应力分布,计算了晶体端面泵浦区域中心和两端热应力随泵浦功率的变化以及Nd:VYO4晶体所能承受的最大泵浦功率。(第2章)Ⅱ理论上首次建立了板条激光器在稳腔运转情况下连续、声光调Q、以及Cr4+:YAG被动调Q速率方程组。从速率方程组出发,模拟了输出功率、脉宽、单脉冲能量以及峰值功率与泵浦功率的关系,计算了泵浦阈值、斜效率以及最短脉宽,并与实验值进行了比较,二者符合较好。(3.1.2、4.2.2、4.4.1)Ⅲ研究了部分端面泵浦Nd:YVO4板条稳腔的激光特性,在1.06μm和1.3μm波段实现了连续和调Q激光输出。在连续运转模式下,1.06μm波段,得到最高功率22.5 W的激光输出。为了实现倍频晶体形状与基频光模式匹配,首次将PPLT倍频晶体用于板条激光器,腔外倍频得到3.05W的绿光输出；在1.3μm波段,得到最高功率为28.6 W的激光输出；在1.06μm波段声光调Q运转模式下,当重复频率25 kHz时,得到最高平均功率为68 W的脉冲激光输出,脉宽为102 ns,光-光转换效率为40%。首次用声光开关结合部分端面泵浦板条激光介质实现了1.3μm调Q高光束质量激光运转,得到最高平均功率14 W的激光输出,最短脉宽133ns,重复频率10 kHz；采用Cr4+：YAG被动调Q,在1.06μm波段实现了调Q脉冲激光输出,最短脉宽为166 ns,重复率为255 kHz,峰值功率为130 W,最高功率为8.2W。(3.1.1、4.2.、4.4.、5.1、4.5)Ⅳ研究了部分端面泵浦Nd:YVO4板条InnoSlab在1.06μm和1.34μm波段连续波激光特性,实现了高功率、高光束质量的激光输出。在1.06μm波段,采用正支非稳混合腔,获得了74 W的连续激光输出,斜效率和光-光转换效率分别为50%和43.5%,在稳腔方向和非稳腔方向M2因子分别为1.3和1.2。用快速傅立叶变换法对输出激光的光场进行了模拟,光斑形状与我们所测得完全一致；在1.3μm波段,采用正支非稳混合腔,在泵浦功率为122.8W时,得到最高激光输出功率19.9W,在输出功率为19W时,测得在稳腔和非稳腔方向M2因子分别为1.3和1.5；采用负支非稳混合腔,得到激光输出功率为22.4W,斜效率和光-光转换效率分别为23.4%和18.2%,在稳腔和非稳腔方向M2因子分别为1.3和1.2。(3.2、5.2.1)Ⅴ研究了部分端面泵浦Nd:YVO4晶体板条InnoSlab的调Q激光特性,实现了高功率、高光束质量的激光输出。在1.06μm波段,采用正支非稳混合腔声光调Q,在重复频率为50 kHz,得到平均功率61.6 W的脉冲激光输出,最短脉宽18.7ns,光光转换效率为36.2%,斜效率为41.6%,M2因子在稳腔方向为1.3,在非稳腔方向为1.2。首次采用可饱和吸收体Cr4+：YAG被动调Q,得到最大6.2W的脉冲激光输出；在1.3μm波段,采用负支非稳混合腔声光调Q,在重复频率为10 kHz,泵浦功率为170 W时,得到最高调Q脉冲激光的平均功率为21.6 W,单脉冲能量2.16mJ,峰值功率21 kW,最短脉宽103 ns,M2因子在稳腔方向为1.3,在非稳腔方向为1.2。(4.3、4.4.2、5.2.2)本论文的主要创新点：Ⅰ理论上首次建立了板条激光器在稳腔运转情况下连续激光输出、主动和被动调Q激光输出速率方程组。从速率方程组出发,对连续激光输出,模拟了输出功率与泵浦功率的关系,计算了泵浦阈值与斜效率；对主动和被动调Q激光输出,计算了最短脉宽,模拟了单脉冲能量、脉宽以及重复频率与泵浦功率的关系。理论计算与实验结果进行了比较,二者符合较好。Ⅱ首次用声光开关结合部分端面泵浦板条激光介质实现了1.3μm高光束质量调Q激光运转,在稳腔运转模式下,重复频率10 kHz时,得到平均功率为14 W的激光输出,最短脉宽133 ns,单脉冲能量1.4 mJ,峰值功率10.5 kW；在混合腔运转模式下,得到最高调Q脉冲激光的平均功率为21.6 W,单脉冲能量2.16 mJ,峰值功率21 kW,最短脉宽103 ns,M2因子在稳腔方向为1.3,在非稳腔方向为1.2。Ⅲ首次将Cr4+YAG被动调Q用于板条激光器,在1.06 gm波段,实现了调Q脉冲激光输出,在稳腔情况下,得到最短脉宽为166 ns、重复率为255 kHz、峰值功率为130 W、最高平均功率为8.2 W的激光输出；在混合腔情况下,得到最大平均功率6.2W的脉冲激光输出。Ⅳ首次将PPLT倍频晶体用于板条激光器,在1.06μm波段,稳腔连续激光运转腔外倍频,得到3.05W的连续绿光输出。