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由于掺Pr3+:YLF晶体材料能利用下转换机制在可见光波段以及近红外波段获得丰富的跃迁谱线，因此在激光显示、生物医学、水下通信以及量子信息等领域都有着极其重要的应用潜力，而实现掺Pr3+:YLF晶体短脉冲激光器能够让输出激光具有高脉冲能量、高峰值功率以及超窄的脉冲宽度，从而进一步拓宽了应用领域。本文利用444 nm半导体激光器作为泵浦源，以掺Pr3+:YLF晶体材料作为增益介质展开研究。主要内容和贡献概括为: 1.对掺Pr3+:YLF晶体的光谱特性进行研究。本文在常温(T=300K)下实验测量了掺Pr3+:YLF晶体的吸收谱和发射谱，并计算了不同波长的吸收截面和受激发射截面，进而确定泵浦光的波长、激光的输出波长，以及对激光腔镜膜系的设计和镀制具有指导意义。 2.基于拓扑绝缘体硒化铋可饱和吸收体被动调Q掺Pr3+:YLF晶体604nm橙光固体激光器的实验研究。通过简述和表征拓扑绝缘体硒化铋的物理特性和光学特性，佐证了硒化铋纳米片的光学饱和吸收特性。接着采用中心波长为444nm的蓝光半导体激光器作为泵浦源获得掺Pr3+:YLF晶体607 nm橙光连续激光器，利用硒化铋可饱和吸收镜作为调Q开关，实现604 nm橙光调Q脉冲激光。其输出的最大平均功率为26 mW，脉冲重复频率可从94.2 kHz增加到130 kHz，脉冲宽度也随之从1050 ns压缩至802 ns，并通过理论分析，解释了自由运转和调Q状态下波长由607 nm向604 nm转变的原因。 3.从理论和实验上研究了过渡金属化合物硫化钨和硒化钼的物理特性和光学特性，制备了相应的硫化钨可饱和吸收镜和硒化钼可饱和吸收镜作为调Q器件，实现掺Pr3+:YLF晶体红光640 nm调Q脉冲固体激光器。理论分析了材料厚度对于调Q性能的影响，其输出的最大平均功率分别为25.9 mW和35 mW，重复频率的变化范围分别为73.4 kHz～88 kHz和97.3 kHz～126.6 kHz，以及获得的最窄脉冲宽度分别为630 ns和457 ns。同理，根据金属铜纳米线的微纳结构能够实现光学可饱和吸收特性，制备了铜纳米线可饱和吸收体，实现了稳定的640 nm红光调Q激光脉冲，脉冲重复频率可从78.83 kHz增加至137.8 kHz，实验中可以获得最窄的激光脉冲宽度为823 ns。 4.针对Pr3+:YLF晶体较少研究的3P0→1G4跃迁谱线展开研究。利用大功率的蓝光半导体激光器作为泵浦源，获得了π偏振方向上的915nm近红外激光，测得连续激光的最大输出功率为315 mW，将此前用光泵半导体激光器(OPSL)获得的915nm激光功率提高了50 mW。在V型腔内利用色散棱镜(SF10)作为波长选择器件，在近红外激光850nm-950nm波长内实现波长连续可调谐。并构建了“W型五镜腔”作为谐振腔实现了915nm的自锁模现象。 镀膜质量对激光性能尤为重要。本论文实验中使用的所有激光腔镜为自主设计，并利用偏转等离子体溅射工艺自行镀制。本文部分内容将对Pr3+:YLF激光器膜系设计与制备进行简要描述。