随着激光技术的不断完善,激光技术在各个领域得到越来越多的应用。皮秒量级的超短脉冲,因为有高的峰值功率,在激光测距、激光核聚变(神光)、精密加工、激光雷达、生物医学、光谱学、光电子技术、卫星致盲激光武器等领域有着重要的应用。例如在卫星激光测距及星载激光雷达应用领域中,为了能够更有效、更精确地测到超远距离目标,要求皮秒激光有更高的重频,更高的单脉冲能量和更好的光束质量。但是由于皮秒量级的脉冲宽度窄,放大效率低,通常采用再生放大加多级行波放大的方式进行放大,在进行皮秒高重频多级放大时,增益介质的热效应会导致激光光束质量变差、放大效率降低、光损伤等问题。本论文针对增益介质的热效应进行分析,并设计实验进行验证。论文第一章介绍了皮秒窄脉宽激光器在各个领域的应用,皮秒激光器的研究现状,从而引出了高功率皮秒激光器所面临的热效应问题。提出本文的研究内容。第二章主要分析激光晶体热效应产生的机理,为研究如何改善晶体热效应,保证激光器正常工作,提高激光器的稳定性和输出光束质量提供理论支持。第三章利用LASCAD软件对激光晶体热效应进行了模拟计算,对放大器中增益介质内温度场分布、应力场分布以及泵浦方向数目的不同对增益介质的影响做了模拟计算和讨论。通过对Nd:YAG棒状晶体中的热效应的模拟计算为下一章的实验提供了数据支持。第四章搭建了SESAM锁模种子腔,为后续放大提供了种子源,同时利用Nd:YVO4晶体双折射的特性,使得输出种子光为水平偏振光。继而介绍了再生放大的原理,分析了并测量了侧泵Nd:YAG模块的热透镜,为搭建再生腔提供了数据支持。在随后的行波放大过程,分别设计不同实验验证补偿效果,获得单脉冲能量为8.8mJ,光束质量M~2_X=1.583、 M~2_Y=1.418,发散角Div X=1.7 mrad、DivY=2.0mrad的激光输出。