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高峰值功率的超短脉冲激光器在工业、军事、医学及科研等领域具有广泛的应用，同时大量实际应用也对超快激光振荡器以及超快激光放大器提出了更高的要求。针对这一背景，本文重点开展了采用新型超快激光介质（如掺钕无序激光晶体）和新型可饱和吸收体的超快激光实验研究以及具有大能量、高重复频率、高光束质量、高稳定性皮秒激光放大研究。 论文的主要内容与创新体现在以下几个方面: 1、论述了掺钕无序激光晶体的宽光谱特性。掺镱的激光介质由于量子亏损小、激光效率高、光谱宽等特性，被广泛的应用于超快激光的产生，让人感到不足的是其能级跃迁仅限于1.0μm附近。相比较之下，掺钕的激光晶体具有2F3/2-4I9/2(0.9μm)、2F3/2-4I11/2(1.0μm)和2F3/2-4I13/2(1.3μm)三个常用跃迁能级。并且掺钕无序晶体的无序结构导致了光谱的非均匀加宽，足以支持其在0.9μm、1.06μm和1.3μm处实现飞秒量级的锁模激光运转。基于此，本文也开展了掺钕的无序晶体应用于超快激光领域的相关研究; 2、利用无序晶体Nd:LGS的宽光谱特性首次在掺钕介质的准三能级上实现了连续可调谐激光输出。在激光二极管(LD)泵浦下实现了403mW的连续激光输出，其中心波长在904nm，调谐范围从899.8nm到906.6nm。相关结果已发表在Opt.Lett.36,1770-1772(2011)上; 3、分别在无序晶体Nd:LGS、Nd:CGB、Nd:CLB、Nd:SYB上实现了调谐范围为51.4nm、45nm、54.1nm和48.2nm的连续可调谐激光输出，上述结果皆比已公开报道的掺钕晶体中获得的最宽连续可调谐范围要宽。通过SESAM启动锁模并利用棱镜对进行色散补偿，我们在Nd:LGS激光上分别获得了中心波长在1067nm和1084nm，脉冲宽度分别为335fs和278fs的锁模激光输出，这是目前已报道的掺钕晶体中获得的最短锁模脉冲激光输出，相关工作结果已被2013年CLEOPacificRim国际会议接收，并已投稿Opt.Lett.; 4、利用在6H-SiC衬底上生长的石墨烯作为可饱和吸收体，分别实现了波长为1.06μm(Nd:YVO4)、1.64μm(Er:YAG)和2.01μm(Tm:YAG)的稳定调Q激光运转。其中在1.64μm和2.01μm处利用石墨烯可饱和吸收体实现的调Q激光输出属于国际首例，同时证实了石墨烯可饱和吸收体的宽带可饱和吸收特性，相关结果已分别发表在Opt.Lett.37，395-397(2012)和Opt.Lett.37，632-634(2012)上; 5、自主设计并研制了单脉冲能量大于5mJ、重复频率为1kHz、脉冲宽度小于20ps、光束质量因子M2小于2、平均功率不稳定度小于2％的532nm皮秒激光放大器原理样机和产品样机各一台，其相关指标通过了第三方检测单位中国计量院的检测，并根据863项目的要求，已成功提交项目用户单位使用。该样机的完成为后续皮秒激光放大器的产业化提供了重要的依据。针对上述的研究成果，已申请了三项国家发明专利（201210359284.4，201210360026.8和201210359661.4）。