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窄线宽激光器是高端科研应用的核心光源,且应用需求愈发强烈。研制高性能高可靠性窄线宽激光器既可促进先进激光技术的快速发展,又为下游应用系统提供了坚实基础。目前,窄线宽大能量激光器仍存在中心频率稳定性和鲁棒性差、高功率下光束质量恶化的问题。因此,基于原子/分子吸收的稳频方法,采用光纤和固体主振荡功率放大（MOPA）技术,针对性地开展高可靠性窄线宽大能量全固态激光器综合性能研究,特别是频率稳定性、电-光-热性能与高功率高光束质量性能,将具有非常高的研究意义和应用价值。本文从激光雷达远程探测（如大气环境探测、临近空间环境探测和空间碎片观测）对激光源高频率稳定性、大能量、高光束质量和多波长的需求出发,采用基于Pound-Drever-Hall（PDH）稳频的种子进行光纤/固体MOPA放大再倍频的高扩展性技术路线,系统性研究了单频连续激光的小型化稳频和高效倍频、单频脉冲激光的高效高光束质量放大及其时域频域特性,得到了一系列高性能窄线宽大能量高光束质量全固态激光器。主要研究内容如下:1.针对钠层风温探测激光雷达的需求,提出了基于分布式反馈半导体激光器（DFB-LD）和频产生589 nm进行饱和吸收稳频的方法。通过对饱和吸收稳频、种子电流调制、FPGA信号反馈和周期性极化铌酸锂（PPLN）和频晶体的综合性能研究,实现频率快速而稳定的锁定在钠原子D2a线,频率稳定性达到1.8 MHz@5000 s。此外,针对远程瑞利测风雷达需求,设计了基于碘分子多普勒吸收边线进行532 nm稳频的技术方案用于种子注入谐振放大,采用高速FPGA数据采集分析算法实现边线中点的实时快速反馈,提高532 nm频率稳定度,实现了长时0.9 MHz（RMS）的频率锁定。2.研究了面向低功率窄线宽连续激光器高效倍频的PDH外腔谐振倍频技术,设计了高效“8”字环形倍频腔并详细研究了PDH原理、模式耦合匹配和阻抗匹配。采用双PD探测技术,实现了倍频腔频率与注入激光频率的高效快速锁定,降低了环境影响和信号质量要求。采用低热膨胀材料作为倍频腔安装面,保障了腔体的热稳定性。注入激光功率为12 W时,获得了7.8 W倍频激光输出,效率达65%。激光光束质量M~2为1.05,光斑椭圆度1.06,呈理想高斯分布。3.设计了一种基于稳频种子源、单频振荡器和板条放大器的紧凑性高功率MOPA系统,在200 Hz重复频率下输出310 m J、532 nm高能单频脉冲。通过单频种子激光注入,振荡器采用带有偏置反馈的双PZT谐振探测技术实现单频脉冲输出,种子注入成功率为100%。采用ANSYS、ZEMAX和Matlab对bounce-pump结构板条放大器进行了结构光学、泵浦均匀性、热力学、激光放大的建模仿真分析,获得了板条放大器的最佳光学性能参数。设计的板条MOPA系统成功用于空间碎片观测并表现出良好可靠性。4.采用氟化液FC-770液体池作为受激布里渊散射相位共轭镜补偿板条晶体热畸变,改善了大能量板条激光器的光束质量。设计的超洁净封闭式SBS-PCM液体池在高重复频率下工作稳定,损伤阈值高,反射率可达93%。实验证明了采用氟化液FC-770作为SBS液体介质在高重复率板条激光器上实现高光束质量和高能量脉冲输出的可行性,实现了光束质量M~2从3.0优化到2.0。采用PCM反射镜双程放大设计提高了20%的放大效率,在200 Hz重复频率下实现了600 m J,9.3 ns单频脉冲激光输出。经实验验证所设计的基于带SBS-PCM的板条放大器可用于高重频高能激光系统。5.开展了大口径Nd:Lu AG激光陶瓷作为高能激光增益介质在激光放大和光束质量优化方面的性能研究。使用ANYSYS构建了直接液冷Nd:Lu AG结构模型,对其高能泵浦下的热效应进行了仿真。在24 J泵浦能量和10 Hz的重复频率下,获得了4.5 J@1064 nm的最大输出能量,对应于100分钟内能量不稳定性（RMS）为0.8%。搭建了两级Nd:Lu AG有源反射镜放大器,实现了10 Hz、3.25 J、1.43倍衍射极限的单频脉冲激光输出。实验验证了所设计的有源反射镜式片状Nd:Lu AG激光器及放大器具备输出高能脉冲激光的能力。