太阳光泵浦激光器是以太阳光为泵浦源,直接将太阳光转化成激光的装置。其具有转换过程少,结构简单,转化效率高等优点,在空间通信及空间能量传输等领域具有潜在的应用价值。在空间激光通信中,多个频率输出的激光通过波分复用可以提高通信速率。本文以空间激光通信为应用背景,开展了太阳光泵浦多频输出激光的理论和实验研究。本文主要的研究工作有:阐述了激光谐振腔中存在的激光模式,论述了激光模式的影响因素及基横模的振荡条件,分析了激光腔中横模、纵模选择方法。分析了太阳光直接泵浦固体激光器激光振荡理论,分析了适用于太阳光泵浦的工作物质的特点及性能要求,对比了主要工作物质Nd:YAG、Yb:YAG、Nd:YVO₄的吸收系数、热力学特性等,给出了比较不同工作物质吸收系数的方法,即通过吸收功率谱线及太阳光谱谱线的相关数值积分确定各工作物质的吸收系数。建立了太阳光泵浦Nd:YAG微片多频激光能量传输模型,分析了各能量转换环节的影响因素。分析了太阳光泵浦下工作物质的选择原则,确定了Nd:YAG为工作物质。推导了工作物质长度与纵模输出个数的关系,用Tracepro软件模拟了太阳光在不同长度的Nd:YAG微片晶体表面的汇聚光强分布等,用LASCAD软件模拟了不同长度Nd:YAG微片晶体上的温度分布、泵浦能量密度以及激光输出功率。用Matlab软件仿真了激光腔内热透镜处光斑半径随输出镜曲率半径的变化规律,即随着输出镜曲率半径变大,激光腔内热透镜处光斑半径也随之增大。在理论设计基础上,搭建了LD泵浦及太阳光泵浦的Nd:YAG微片激光器实验装置,在温度20℃时,用LD泵浦厚度分别为0.8mm,1.1mm,2.4mm的Nd:YAG激光晶体,分别获得了1-3个频率输出。当晶体厚度为2.4mm时,在801m W泵浦功率下获得了60.3m W的三频激光输出,频率间距为35.4GHz。在太阳光泵浦Nd:YAG微片晶体时,获得了激光输出,并用波长计探测到其中包含3个激光频率。