具有高功率、宽调谐以及窄脉宽的超快激光在工业精密加工、受控核聚变、光通信、生物医学等领域有广泛的应用前景。探索新型的结构紧凑、性能优异的超快超强光源已经成为科研领域的重要方向。近些年来,随着激光二极管（LaserDiode,LD）制备工艺日益成熟,其直接泵浦的亚皮秒到几十飞秒全固态激光器已经成为激光领域一大研究热点。作为固体激光的重要组成部分,激光晶体材料对激光器性能起到决定性作用。到目前为止,通过自锁模实现几个飞秒激光输出的掺钛蓝宝石（Ti:sappire）晶体仍然是近红外波段（⁸00nm）应用最广泛的超快晶体材料。但是钛宝石对于泵浦源要求严格,不适合LD直接泵浦,使其结构庞大,维护困难。这也推动着人们寻找新型的激光晶体,期待它既有宽光谱的性质,同时又能克服钛宝石晶体的缺点。近些年来,四能级结构掺钕(Nd³⁺)氟化物无序晶体得到人们关注。多样化的电荷补偿方式产生丰富对称性的晶格结构,使得该类晶体具有非常宽的吸收和发射光谱,有利于LD直接泵浦产生超快可调谐激光。本文主要研究了Nd³⁺掺杂的氟化锶（SrF₂）无序结构激光晶体光谱特性,以LD端面泵浦方式,研究了新型掺Nd³⁺氟化锶无序晶体的超快激光特性。主要研究内容如下:1.回顾了超快激光的特点和应用。分析产生超快激光的锁模技术以及测量脉冲宽度的自相关法。阐述全固态锁模激光谐振腔的设计思路。调研了宽光谱掺Nd³⁺无序结构激光晶体的特点和发展。研究了近些年来应用在超快激光领域的新型纳米材料可饱和吸收体。2.Nd,Y:SrF₂透明陶瓷被动调Q实验研究。基于Nd,Y:SrF₂单晶,采用热压工艺获得Nd,Y:SrF₂激光透明陶瓷。首次实现基于该陶瓷的连续和调Q脉冲激光运转。以Cr4+:YAG为被动调Q开关,获得最短脉宽为169ns,单脉冲能量为19.2μJ的脉冲激光输出。3.Nd,La:SrF₂无序晶体超快激光特性研究。为了打破SrF₂晶体中的Nd³⁺—Nd³⁺团簇,向Nd³⁺:SrF₂晶体中共掺适当浓度的缓冲离子La³⁺,获得了宽光谱无序结构的Nd,La:SrF₂激光晶体。首次系统研究了LD端面泵浦Nd,La:SrF₂无序晶体的连续、调谐、被动调Q和连续锁模激光特性。获得了平均输出功率达1.234W,斜效率达50.6%的连续激光输出;连续调谐范围为24.1nm,调谐曲线平滑;研究新型低维纳米材料金纳米双锥的非线性吸收特性,将其作为可饱和吸收材料,实现了最短脉宽为1.15μs稳定的调Q脉冲激光输出;以SESAM为被动锁模元件,获得了稳定的连续锁模激光运转,脉冲半高宽为739fs。4.Nd,Gd:CaF₂/Nd,Gd:SrF₂双波长同步锁模激光研究。将缓冲离子Gd³⁺共掺到Nd:CaF₂和Nd:SrF₂晶体中,不仅极大的减弱Nd³⁺团簇效应,还使得它们的晶格格位更为丰富,荧光强度进一步提高,谱线非均匀展宽。Nd,Gd:CaF₂和Nd,Gd:SrF₂晶体具有良好的热学性能和光学性能,其分裂的光谱特点非常有利于双波长或多波长脉冲激光输出。采用LD端面泵浦,以SESAM为被动锁模元件,实现了Nd,Gd:CaF₂和Nd,Gd:SrF₂双波长同步锁模激光运转。双波长同步锁模脉冲激光作为太赫兹波的光源,有重要的研究价值。