高功率固体激光器在激光雷达、光电对抗、激光加工以及激光诊断等领域有着重要作用。在实际应用当中由于受高平均功率下热效应的影响,高功率固体激光器通常所输出的激光脉冲难以同时实现高重复频率与大单脉冲能量的目标。采用“间歇式”工作的“脉冲串”激光器工作时间较短,可以有效地降低热效应对激光器造成的影响,从而很好地解决了这一难题。基于此,本论文采用主振荡功率放大(Main Oscillator Power Amplifier,MOPA)的方式,在2 ms的泵浦时间内实现了高重频、窄脉宽、大能量的脉冲串激光输出。从速率方程组出发,分析了电光调Q激光器中反转粒子数变化对脉冲输出能量、时间宽度等参量的影响,导出了调Q激光器中最佳输出耦合镜、输出能量、提取效率、脉冲宽度、峰值功率的函数表达式。从麦克斯韦-薛定谔方程出发,建立多通放大理论模型,得出了多通放大器的通量迭代关系、效率、峰值通量,和放大时间;通过矩形脉冲放大理论研究得到了放大后的脉冲、增益系数和种子光三者之间的关系。分析了激光晶体的热效应,具体包括激光介质内部的温度分布、折射率变化、导出了热焦距表达式,并对三向、五向侧泵模块的泵浦光分布情况进行了模拟。通过热效应仿真结果以及谐振腔内部振荡光斑分析,合理地设计了谐振腔的结构。振荡级采用808 nm脉冲半导体激光器(Laser Diode,LD)侧面泵浦结合腔内RTP电光调Q的技术方案,实现10 k Hz 1.06μm脉冲串激光输出,脉冲个数通过控制泵浦时间灵活选取。当调Q重频为10 k Hz,每串最大泵浦能量为1.5 J时,输出的激光脉冲串能量达到456 m J、单脉冲能量达到24 m J、峰值功率达到1.85 MW、脉宽为13 ns、激光脉冲变异系数为6.0%,具有优异性能。为了进一步提高激光脉冲能量,对脉冲串激光进行了一级单程放大实验研究。通过选择合适的扩束准直透镜组,将振荡级输出的种子光进行了约1.5倍的扩束处理,并注入到放大模块中,使种子光得到了充分放大。经过一级单程放大后,在调Q重频为10 k Hz,3 J的每串最大泵浦能量下,实现了激光脉冲串能量、单脉冲能量、峰值功率、脉宽、脉冲变异系数分别为836 m J、44 m J、3.2 MW、13.6 ns、2.1%的1.06μm激光脉冲输出,此基频脉冲串激光能够满足10 k Hz激光诊断的应用需求。经过一级单程放大后的脉冲串激光能量较振荡级显著提升,同时激光脉冲的稳定性也有较大提高,这也为继续进行功率放大提供了可能性。放大级能量提取效率理论研究表明,为了获得更高能量激光脉冲以及更大能量提取效率,后续可继续进行一级双程放大实验,在能量提高的同时也可进一步改善激光脉冲的稳定性。