平面激光诱导荧光(planar laser induced fluorescence,PLIF)成像诊断技术,可以选择性激发流场中的自由基或示踪粒子辐射荧光,通过对该荧光成像获得流场空间分布信息,是研究流场和燃烧最重要的技术手段之一。目前典型的商用PLIF系统的工作帧频为10 Hz左右,难以满足时间变化尺度在毫秒或亚毫秒量级甚至更短的高速流场或燃烧场的诊断需求,目前PLIF技术正在向着高帧频方向发展。为满足高速PLIF诊断需求,需要脉冲激光器具备高重频大能量的输出能力。然而受热效应的制约和平均输出功率的限制,脉冲激光器的高重频和大能量往往难以兼顾获得,激光器性能的瓶颈制约了高速PLIF诊断技术的发展。脉冲串(burst-mode)激光作为一种新型的脉冲输出模式,采用间歇式泵浦,在每个泵浦时间段内输出一个脉冲串,而每个脉冲串内包含若干个子脉冲。脉冲串激光可以在脉冲串输出时间内解决高重频和大能量难以兼顾的难题,而其间歇式的工作模式恰好又可以满足高速PLIF成像诊断、激光诱导等离子体点火等应用的需求。因此,脉冲串激光成为目前高速PLIF成像诊断技术中常用的一种有效的激光源。然而,目前的脉冲串激光器存在着脉冲串产生方案单一、脉冲串种子能量低、脉冲串激光器放大系统庞大等缺点,从而限制了脉冲串激光器的实际应用。针对目前腔外调制产生脉冲串种子能量低(nJ-μJ),导致放大级数多、激光器系统庞大的问题,本论文提出了基于脉冲泵浦结合腔内调制获得脉冲串激光输出的新方案。论文从理论上分析了脉冲串产生方案,在实验上分别利用LD(laser diode,激光二极管)端泵的新型Nd:Gd0.69Y0.3TaO4激光器和LD侧泵的Nd:YAG激光器验证了脉冲串激光的产生方案。采用879 nm LD脉冲泵浦Nd:Gd0.69Y0.3TaO4电光调Q倒空腔激光器,实现了子脉冲重频20 kHz、单脉冲能量0.51 mJ、脉冲宽度3.4 ns的脉冲串输出;采用脉冲LD侧面泵浦Nd:YAG电光调Q倒空腔激光器,实现了子脉冲重频100 kHz、单脉冲能量4.4 mJ、脉冲宽度2.6 ns的脉冲串激光输出。上述实验验证了基于脉冲泵浦结合腔内调制的新型脉冲串输出方案可行且高效,仅通过一个振荡级便可实现mJ量级子脉冲的脉冲串激光输出,解决了现有腔外调制方案产生脉冲串激光能量低的问题。为获得脉冲串激光的高重频大能量输出,通常需要对振荡级产生的脉冲串激光进行放大,然而在放大过程中却极易产生由严重的热效应、不均匀的增益分布等原因导致的光强分布劣化和光学元件的损伤问题。为解决放大过程中出现的上述问题,论文提出采用增益分布控制技术来改善放大级输出激光的光强分布。首先基于非饱和状态下激光介质对泵浦光的吸收理论、光线追迹算法以及侧泵模块构造,建立了 LD侧泵激光介质内的增益分布计算模型,开发了增益分布模拟分析软件。利用该软件可对LD侧泵模块参数进行优化设计,从而实现对激光介质内增益分布的有效控制。其次,利用开发的增益分布设计软件,先后设计了增益呈“近平顶”分布和“环形”分布的LD侧泵模块,并通过实验验证了设计的激光模块对缓解激光器热效应、改善输出激光强度分布的有效性。其中“近平顶”增益激光模块与实验室中已购的传统商用激光模块相比,同等工作条件下激光晶体热焦距增长了约50%。最后,采用增益分布控制放大技术,使用设计的“近平顶”增益模块和“环形”增益模块搭建脉冲串激光器开展实验,获得了子脉冲重频100 kHz、脉冲串能量2.0 J、子脉冲能量10.2 mJ、子脉冲宽度3.3 ns的脉冲串激光输出,每个脉冲串内包含200个子脉冲。输出光束截面强度呈近似平顶分布,无局部强点存在,长时间运转下未发现光学元件的损伤问题,该激光器特别适合作为染料激光器的泵浦源而用于高速平面激光诱导荧光成像诊断系统中。