全固态短脉冲激光器以其结构简单、稳定性好、使用寿命长、光束质量高、效率高、热效应小等优势,在工业、军事、医疗等多个领域都有很重要的应用。全固态脉冲激光器的发展很大程度上得益于固体激光增益介质的探索与拓展。目前使用最广泛的激光增益介质是掺杂激活离子晶体,其中以Nd3+离子掺杂晶体的研究与应用最为广泛,Nd:YAG、Nd:YVO4、Nd:YLF、Nd:YAP等晶体为代表的激光增益介质已有大量的研究和应用。但是近年来,随着各行各业对激光器件的要求越来越高,探索新的激光晶体及其特性就成为人们不断追求的方向和目标。1998年,俄罗斯研究者首次报道并详细分析Ca3NbGa3Si2O14(CNGS)晶体的性能,证明它是一种性能优良的压电晶体。近年来,研究者针对CNGS晶体良好的热学和光学性能,提出此类晶体有望成为一种新型激光晶体的基质材料。本重点实验室郭世义老师课题组通过大量的调研和实验探索,首次获得一系列掺杂浓度不同的Nd:CNGS晶体。在此基础上,我们课题组与郭世义教授课题组展开合作,对Nd:CNGS晶体的力学、热学、光谱及多功能复合特性研究,并提出Nd:CNGS晶体在超短脉冲激光器件领域中存在一定的发展前景。因此,本论文主要工作是在前期Nd:CNGS晶体物理光学性质测试和连续波激光特性研究基础上,开展Nd:CNGS晶体调Q和锁模短脉冲激光器特性研究。主要研究工作包括:Ⅰ对调Q原理进行简单介绍,分析了声光调Q技术的基本理论;采用声光Q开关,实现主动调Q Nd:CNGS晶体脉冲激光输出;通过设置不同重复频率,测量在不同泵浦功率下,相应的平均输出功率和脉冲宽度,计算相应的峰值功率和单脉冲能量。其中,最窄脉冲宽度为13.8 ns,最大单脉冲能量为92.7μJ,最高峰值功率为6.3 kW。Ⅱ简单介绍了 Cr:YAG、V:YAG晶体;以Cr:YAG晶体为可饱和吸收体为例,详细分析了被动调Q的理论;并在实验上得到Cr:YAG和V:YAG被动调Q Nd:CNGS晶体脉冲激光。最终,采用y切Nd:CNGS晶体得到最大平均输出功率为0.59 W、脉宽为22.89 ns、重频为11.7 kHz、最大单脉冲能量为50.43 μJ、最高峰值功率为2.20 kW的脉冲激光。Ⅲ对层状黑磷可饱和吸收镜的制备方法进行简单介绍;采用少层黑磷作为调制元件,实现Nd:CNGS晶体1.3 μm被动调Q激光输出,对应最窄脉宽0.99μs,最大单脉冲能量1.88 μJ。Ⅳ对锁模原理进行了简单分析,提出了抑制锁模中经常出现的调Q锁模趋势的解决方法;采用SESAM为调制元件,得到Nd:CNGS晶体1.0μm皮秒激光输出,最短脉宽1.0 ps、中心波长1065 nm、重频49.2 MHz、最大输出功率115 mW、对应单脉冲能量2.33 nJ和峰值功率2.23 kW。Ⅴ对锁模激光器中的色散补偿进行简单分析;并且对Nd:CNGS晶体皮秒脉冲激光腔内加入色散补偿啁啾镜对腔内的正色散进行补偿,成功将锁模脉宽压缩至759 fs,最大输出功率为133 mW、单脉冲能量和峰值功率为3.1 nJ和4.1 kW。实验结果表明Nd:CNGS晶体对实现飞秒量级的超快激光很有优势。