DPAL的诸多物理优势决定其潜在的超高功率单口径输出能力,其定标放大的实现主要有单谐振腔功率提升和主振功放MOPA结构两种方案;相比之下,MOPA结构易于实现高光束质量输出,便于谐振腔以及放大模块的流场设计与热管理,具有潜在的相对优势。本文从理论和实验两个方面开展碱金属激光放大器研究,主要包括以下几个方面内容:1、建立碱金属激光放大器理论模型,在基本三能级工作过程的基础上进一步考虑ASE效应、高能级跃迁、原子电离与复合以及扩散过程的影响,并提出相应的数值算法;通过与文献实验数据对比验证模型的有效性;仿真计算与分析碱金属原子浓度、增益介质长度、种子光强以及泵浦光强等主要运行参量对碱金属激光放大器性能的影响,对光泵浦三能级激光器的饱和强度进行了理论推导和分析。2、搭建半导体泵浦铷蒸气激光器作为放大器种子光源,实现单横模和单纵模输出,输出功率1.6W,光谱线宽<1GHz,并且通过调节腔内选频元件可以实现频率调节,调谐范围~5GHz,两正交方向的M2因子分别为1.305和1.389,功率漂移小于2%,频率漂移小于100MHz。3、开展铷蒸气激光放大器实验研究,首先搭建单级放大铷MOPA系统,在种子光功率1.6W条件下实现26W放大激光输出,总光-光转换效率34%,相对于吸收泵浦光的激光转换效率53%,对比分析了放大前后激光的强度分布和光谱分布特征,并与理论仿真结果定性一致;在此基础上进一步搭建两级放大铷MOPA系统,在种子光功率1.4W条件下实现11W放大激光输出,分析了其放大效果低于单放大器的原因,评估并分析了实现高效多级放大碱金属激光的主要物理条件。4、在前面的研究过程中观察到碱金属激光窗口的损坏现象,基于时间分辨照相方法观测了不同条件下碱金属激光窗口的损坏过程,并分析其损伤机理。结果表明,激光窗口损伤包括热致物理损伤和化学损伤两种机制:热致物理损伤机制即在高功率密度连续泵浦条件下增益介质泵浦区域温升会导致玻璃窗口材料软化,内外压差导致窗口形变损伤;化学损伤机制即高功率密度连续泵浦条件下碱金属原子与烃类分子(甲烷)在窗口表面发生化学反应,生成碳及碱金属氢化物,污染激光窗口,基于此提出未来可能解决方案。