半导体泵浦的全固化短脉冲激光器由于结构简单、效率高、热效应小、稳定性高、寿命长、光束质量高、工作介质覆盖的波段范围广及运转方式多样化等优点，在空间通讯、光显示、光互联、光信息处理、激光加工、激光医疗和军事武器装备等领域均有广泛的应用前景，引起人们极大的关注。本论文采用光纤耦合输出的半导体激光器作泵浦源，用Nd：YVO₄、Nd：GdVO₄和Cr⁴⁺：Nd³⁺：YAG晶体作激光工作物质，利用声光开关、饱和吸收体Cr⁴⁺：YAG和GaAs分别作为腔内调制元件，研究了主动和被动调Q激光的脉冲输出特性；利用声光—Cr⁴⁺：YAG组合、声光—GaAs组合以及Cr⁴⁺：YAG—GaAs组合研究了主被动双调Q和双被动调Q激光的脉冲输出特性；利用周期极化KTP（PPKTP）晶体作为腔内倍频晶体研究了准相位匹配绿光激光器连续及调Q运转特性；利用Cr⁴⁺：YAG和GaAs饱和吸收体作为腔内锁模元件，分别实现了调Q锁模激光运转；同时，运用高斯分布近似下的速率方程组对上述调Q及调Q锁模激光运转特性进行了理论模拟。论文的主要研究工作包括：Ⅰ研究了声光开关关断时间对调Q脉冲特性的影响，并考虑腔内光子数密度的横向与纵向分布以及激活介质反转粒子数密度和泵浦光的横向空间分布，给出了描述声光主动调Q激光运转特性的速率方程新模型。（§2.1）Ⅱ分别实现了LD泵浦Nd：YVO₄、Nd：GdVO₄晶体声光主动调Q 1.06μm激光运转，测量了不同重复频率和泵浦功率下的单脉冲能量、峰值功率、脉冲宽度；同时利用声光主动调Q速率方程新模型对实验结果进行了理论模拟。（§2.2）Ⅲ考虑高斯分布近似下倍频晶体内二次谐波转换造成的非线性损耗及激活介质热效应引起的热致损耗和沿腔轴各点处光束半径的变化，并结合声光主动调Q激光速率方程的新模型，给出了描述声光主动调Q腔内倍频绿光运转特性的速率方程组；采用三镜折叠腔结构，实现了LD泵浦Nd：YVO₄、Nd：GdVO₄晶体KTP内腔倍频声光主动调Q0.53μm绿光运转，对不同重复频率和泵浦功率下的脉冲宽度、单脉冲能量和峰值功率进行了测量，并利用速率方程组模型对实验结果进行了理论模拟。（§2.3、§2.4）Ⅳ考虑GaAs饱和吸收体的单、双光子吸收过程及腔内光子数密度的空间高斯分布，建立了描述GaAs被动调Q特性的速率方程组；实现了LD泵浦GaAs被动调Q Nd：YVO₄、Nd：GdVO₄激光器运转，测量了不同输出镜反射率下输出脉冲的宽度、重复率、单脉冲能量及峰值功率随泵浦功率的变化关系；利用速率方程的新模型，对GaAs被动调Q输出特性进行了数值模拟，理论计算和实验结果相符合。（§3.1）Ⅴ考虑腔内光子数密度的横向与纵向分布以及激活介质反转粒子数密度、饱和吸收体Cr⁴⁺：YAG基态粒子数密度和泵浦光的横向空间分布，给出了描述Cr⁴⁺：YAG被动调Q激光运转特性的速率方程新模型；实现了LD泵浦Nd：YVO₄晶体Cr⁴⁺：YAG被动调Q1.06μm激光运转，测量了不同Cr⁴⁺：YAG小信号透过率、不同输出镜反射率及泵浦功率下的单脉冲能量、峰值功率、脉冲宽度和重复率；同时，利用上述速率方程组对实验结果进行了理论模拟。（§3.2）Ⅵ理论和实验研究了LD泵浦声光和Cr⁴⁺：YAG双调Q Nd：GdVO₄激光的脉宽压缩特性，测量了不同声光调制频率下双调Q和单一声光调Q两种激光的脉宽随泵浦功率的变化关系，结果表明与单一声光调Q激光相比，双调Q激光的脉宽明显被压缩；同时，考虑腔内光子数密度的横向与纵向分布以及激活介质反转粒子数密度、饱和吸收体基态粒子数密度和泵浦光的横向空间分布，首次给出了描述声光和Cr⁴⁺：YAG主被动双调Q激光脉冲输出性能的速率方程模型，理论计算值与实验结果相符。（§4.1.1）Ⅶ实现了LD泵浦Nd：YVO₄晶体、声光和GaAs双调Q激光运转，并与单一声光或GaAs调QNd：YVO₄激光进行了比较，测量了不同声光调制频率下三种调Q激光的脉冲输出特性。结果显示，双调Q激光不但脉宽被压缩，而且产生的脉冲形状更对称；在理论分析中，考虑GaAs饱和吸收体的单、双光子吸收过程，给出了描述声光和GaAs主被动双调Q激光运转特性的速率方程模型，并对声光和GaAs双调Q激光运转特性进行了理论模拟。（§4.1.2）Ⅸ将GaAs同时兼做调Q元件和谐振腔的输出镜，实现了LD泵浦Nd：YVO₄晶体、Cr⁴⁺：YAG和GaAs双被动调Q激光运转，同单一被动调Q激光相比，双被动调Q脉冲激光不仅能压缩脉宽、提高脉冲对称性，而且输出的单脉冲能量和峰值功率得到提高；利用Cr⁴⁺：Nd³⁺：YAG作为增益介质，GaAs作为腔内调Q元件，实现了LD泵浦Cr⁴⁺：Nd³⁺：YAG晶体GaAs被动调Q激光运转；在理论分析中，首次在高斯分布近似下的速率方程组中考虑GaAs的自由载流子吸收，给出了描述双被动调Q激光脉冲输出性能的速率方程模型，理论计算与实验结果相吻合。（§4.2）Ⅷ分析了准相位匹配晶体PPKTP的倍频理论，给出了高斯分布近似下PPKTP倍频晶体内二次谐波转换引起的非线性损耗，并与普通KTP晶体作了比较。（§5.1）Ⅹ利用三镜折叠腔实现了LD泵浦Nd：GdVO₄晶体PPKTP腔内倍频连续运转；与普通KTP相比，PPKTP晶体的倍频绿光转换效率提高了一倍，同时，利用准相位倍频理论对实验结果进行了理论分析。（§5.2）Ⅹ利用三镜折叠腔实现了LD泵浦Nd：GdVO₄／PKTP内腔倍频声光主动调Q 0.53μm绿光输出，对不同声光调制频率、不同泵浦功率下的脉冲宽度、单脉冲能量和峰值功率进行了测量，并利用准相位匹配理论和声光主动调Q速率方程新模型对实验结果进行了理论模拟。（§5.3）Ⅺ采用三镜折叠腔实现了LD泵浦Nd：GdVO₄／PPKTP内腔倍频Cr⁴⁺：YAG被动调Q0.53μm绿光运转，测量了不同Cr⁴⁺：YAG小信号透过率、不同泵浦功率下的脉冲宽度、重复率、单脉冲能量和峰值功率；同时，运用准相位匹配理论和Cr⁴⁺：YAG调Q速率方程新模型对实验结果进行了理论模拟。（§5.4）Ⅻ分析了Cr⁴⁺：YAG饱和吸收体调Q锁模原理，运用光强起伏机制和调Q速率方程组模型，给出了高斯分布近似下描述Cr⁴⁺：YAG饱和吸收体调Q锁模运转特性的速率方程组；在长约1m的折叠腔内实现了LD泵浦Cr⁴⁺：Nd³⁺：YAG／KTP绿光激光器的调Q锁模运转，并利用调Q锁模理论分析了其动力学过程。（§6.1）ⅩⅢ利用GaAs作为腔内调Q锁模元件，在长约1m的三镜折叠腔内实现了LD泵浦c-cut Nd：GdVO₄ 1.06μm及KTP内腔倍频0.53μm激光器的被动调Q锁模运转；考虑GaAs双光子吸收，给出了高斯分布近似下描述GaAs被动调Q锁模运转的速率方程组，数值求解所得结果与实验结果一致。（§6.2）论文的主要创新工作包括：Ⅰ首次考虑声光开关的关断时间对脉冲特性的影响，并考虑腔内光子数密度的横向与纵向分布以及激活介质反转粒子数密度和泵浦光的横向空间分布，建立了描述LD泵浦声光主动调Q激光运转特性的速率方程新模型，理论分析结果更接近实验结果；Ⅱ首次考虑激活介质的热效应引起腔内纵向各位置处光斑半径的变化对调Q激光特性的影响，推导了高斯分布近似下倍频晶体内二次谐波转换引起的非线性转换公式，建立了高斯分布近似下描述LD泵浦主动调Q绿光运转特性的速率方程组，为实现激光器的优化提供了有力的理论分析工具。Ⅲ首次实现了LD泵浦的声光—Cr⁴⁺：YAG主被动双调Q Nd：GdVO₄和声光—GaAs主被动双调Q Nd：YVO₄以及Cr⁴⁺：YAG—GaAs双被动调Q Nd：YVO₄和GaAs被动调QCr⁴⁺：Nd³⁺：YAG激光器的运转，考虑腔内光子数密度、激活介质反转粒子数密度和泵浦光的横向与纵向分布，给出了描述双调Q激光运转特性的速率方程模型，数值求解方程的理论计算值与上述实验结果分别相符。Ⅳ首次对LD泵浦Nd：GdVO₄／PPKTP内腔准相位匹配倍频绿光激光器的连续、声光主动调Q及Cr⁴⁺：YAG被动调Q运转特性进行了系统的理论和实验研究：利用准相位匹配理论和高斯分布近似下的速率方程模型，对PPKTP晶体的倍频特性进行了数值模拟，理论计算和实验结果相符。Ⅴ首次实现了LD泵浦Cr⁴⁺：Nd³⁺：YAG／KTP绿光激光器的调Q锁模运转，并给出了高斯分布近似下描述Cr⁴⁺：YAG调Q锁模运转的动力学速率方程组，理论结果模拟再现了调Q锁模运转的动力学过程。Ⅵ首次给出了高斯分布近似下GaAs饱和吸收体调Q锁模的速率方程组，并实现了LD泵浦c-cut Nd：GdVO₄ 1.06μm和KTP内腔倍频0.53μm GaAs被动调Q锁模激光输出，实验结果与理论计算结果一致。