基于掺镱（Yb）晶体的全固态激光器,由于其能够由半导体激光器直接泵浦,在1微米波段获得高功率、大能量和超短脉冲激光输出,近年来获得了研究人员的广泛关注。该类激光器的出现实现了飞秒激光的低成本、集成化,推动了飞秒激光在工业、科研等领域的应用与发展。本文的研究内容是以我国自主研发的新型Yb,Na:CaF₂激光晶体为增益介质,系统研究基于该晶体实现高功率和飞秒激光运转的相关问题和特性,包括:激光腔设计、热效应的影响、斜效率问题、激光锁模动力学过程。最终获得了迄今为止在同样泵浦条件下,同类氟化物激光器连续输出的最高功率14.5W,并首次实现了Yb,Na:CaF₂激光器的飞秒连续锁模运转。本论文的主要工作与创新可以概括为以下几点:1.介绍了飞秒激光技术与掺Yb激光晶体的研究历史与发展进程,阐述了新型Yb,Na:CaF₂晶体的特点和优势。介绍了在高功率激光器中,增益介质的饱和吸收效应,温度场分布与热透镜效应。2.基于Yb,Na:CaF₂晶体,实现高功率高效率连续激光运转。在吸收泵浦功率23W下,获得了14.5W的连续激光输出,相应的斜率效率为63%,光束质量M²因子为2.0。这是迄今为止,国内外报道的同类激光器在室温运转下连续输出的最高功率。并实现了激光器在1023-1073nm范围内的输出光谱宽带连续可调谐。3.实验研究了基于Yb,Na:CaF₂激光晶体的飞秒激光器。在吸收泵浦功率7.2W的条件下,首次获得了脉冲宽度178fs,输出功率460mW,中心波长1036nm,重复频率82.4MHz的脉冲序列。4.实验研究了腔内负色散量对锁模状态影响的动力学过程,获得了该锁模激光器中色散、脉冲宽度、输出功率和运转状态之间关系的全景图像。在激光器腔内往返负色散从2000fs²到2700fs²的优化过程中,分别得到了脉宽175fs的最窄脉冲与输出功率503mW的最高单脉冲输出功率。5.详细研究了目前常用的两种定义斜效率曲线的方法（分别以入射泵浦功率和吸收泵浦功率为参考）,在半导体泵浦的高功率激光器中遇到的各种影响因素（包括增益介质的饱和吸收、增益饱和、泵浦波长漂移和热透镜效应）。提出了利用消除泵浦波长漂移的直接衰减泵浦法、测量吸收泵浦功率的等价参考腔测量法和直接测量法、以及验证的模拟法等手段来修正和校准斜效率。并讨论了高功率激光器中热透镜效应对斜效率的影响过程。这些研究对正确估计半导体泵浦的高功率激光器的斜效率具有指导意义。