高功率、高光束质量的固体激光器由于其输出能量大、峰值功率高、器件结构紧凑、便于光纤耦合传输、使用寿命长等原因在材料加工和科学研究等方面有重要的应用。但如果使用稳定谐振腔,高输出功率和高光束质量常常不能同时得以满足,这成为制约高功率激光器发展的一个重要因素。非稳定谐振腔的出现是一个较好的解决方法,它能使单模运转体积充满整个介质,并有很好的光束质量。本文从改善激光器运行特性,提高输出功率和改善光束质量的角度出发,对以VRM作为输出镜的非稳定谐振腔进行深入的研究和实验测量。本文首先分析谐振腔的稳定条件,得到了谐振腔的稳区范围。然后较为全面地概述了非稳腔的设计原理、结构特点,分析了非稳定谐振腔结构参数之间的关系。其次对激光介质中的热效应问题进行了系统的研究。分析了对固体激光介质热效应有重要影响的工作物质、泵浦源,研究了热效透镜产生的原因。并且,在一定的输入功率和输出功率下,对工作物质的热焦距进行测量。之后根据工作物质热焦距设计谐振腔的具体参数。按理论组装出一套激光器进行试验。测量了非稳腔的输出光束质量,以及激光器效率,并对测量结果进行了分析。这些结果对大功率固体激光器非稳腔的设计有重要参考意义。