本文对特殊取向YAG基质晶体激光特性和掠入射板条激光放大器进行了探讨和研究。理论和实验研究了不同切割方向Nd:YAG晶体的热致双折射和热退偏特性，以及不同切割方向Cr4+:YAG晶体的被动调Q特性，分析了影响被动调Q激光稳定输出的因素，并设计了一种结构紧凑的掠入射板条激光放大器，实现了高效率的纳秒激光放大输出。为了减小Nd:YAG的热退偏损耗，获得高消光比、高稳定度的被动调Q激光脉冲输出，分别研究了特殊取向Nd:YAG晶体热退偏特性和特殊取向Cr4+:YAG晶体的可饱和吸收特性。从激光晶体和被动调Q晶体特性的角度，研究分析提高被动调Q稳定激光输出的方法；从Cr4+:YAG晶体被动调Q机理的角度，研究Cr4+:YAG晶体的被动调Q特性，分析Q开关、各向异性吸收特性、增益预泵浦参量等，对被动调Q稳定激光输出的影响。为了实现对纳秒激光脉冲进行高效率放大，同时保证激光放大结构紧凑、低成本，理论设计了板条晶体的参数，通过理论分析和实验研究，优化了掠入射板条激光放大器结构，最终获得了高效率、高功率、窄脉宽、高光束质量激光放大输出。具体内容如下：1、特殊取向Nd:YAG晶体热致双折射和热退偏特性。理论计算、模拟和分析了[111]、[100]和[110]切割方向Nd:YAG晶体棒和板条的热致双折射和热退偏效应，研究了特殊取向Nd:YAG晶体的各向异性特性，半导体侧面泵浦[111]和[100]切割方向Nd:YAG晶体棒的热退偏特性，以及半导体端面泵浦[111]和[100]切割方向Nd:YAG晶体板条激光器的自偏振输出特性。研究结果表明，[100]切割方向Nd:YAG晶体具有一定的各向异性特性，采用该切割方向的Nd:YAG晶体作为激光器的增益介质，能够明显提高激光线偏振输出功率。2、特殊取向Cr4+:YAG晶体被动调Q特性。研究了Cr4+:YAG晶体的被动调Q机理，分析了Q开关对脉冲输出稳定性的影响，Cr4+:YAG晶体各向异性吸收特性对偏振输出稳定性的影响，以及增益预泵浦参量对输出重复频率连续调谐范围的影响。研究了耦合输出镜反射率和Cr4+:YAG初始透过率对输出激光脉冲特性的影响，分析了Q开关速度和开启时间的不确定性对被动调Q激光器稳定性的影响，并且实验研究了泵浦偏振特性对激光输出稳定性和消光比的影响。基于以上研究，实验采用Nd:YAG/Cr4+:YAG键合晶体，获得了重复频率20kHz，平均功率0.5W，脉冲宽度约2.3ns，光束质量M2≈1.4的高稳定激光脉冲输出。研究结果表明，采用偏振泵浦技术可以有效改善输出脉冲的偏振稳定性。同时，实验研究分析了[111]和[100]切割方向Nd:YAG晶体作为增益介质，采用[001]和[110]切割方向Cr4+:YAG晶体作为可饱和吸收体，进行被动调Q的输出特性，在不同组合条件下，激光器的被动调Q输出特性。研究结果表明，当采用[100]切割方向Nd:YAG晶体作为增益介质，[110]切割方向Cr4+:YAG晶体作为可饱和吸收体时，被动调Q激光输出更加稳定，消光比更高，热退偏更小，最终获得了脉冲能量8.5mJ，重复频率100Hz，脉宽13ns，消光比>800:1，脉冲稳定度97.2%的激光输出。3、掠入射板条激光放大器。通过对比分析确定了板条放大器的基本结构，理论计算并模拟了掠入射结构板条的温度梯度分布和热焦距，根据理论模拟和对比实验研究，对板条晶体的参数进行了设计和优化，最终确定了板条晶体的几何结构，并采用该结构板条晶体，利用半导体Bar侧面泵浦，进行激光放大实验研究。最终优化后，获得了重复频率20kHz，平均功率大于20W，脉冲宽度约2.3ns，激光输出脉冲不稳定性小于3%，高光束质量、高效率的激光放大输出。通过理论和实验研究，采用半导体泵浦特殊取向的Nd:YAG/Cr4+:YAG晶体，能够获得高效率、高消光比、高稳定度的被动调Q激光输出。采用掠入射板条激光放大结构，能够实现对窄脉宽、重复频率千赫兹量级的低脉冲能量激光进行高效率放大。