高脉冲能量亚纳秒固态激光器在激光诱导周期性表面微结构,材料加工处理,激波点火装置,非线性光学,生物医疗等领域有着十分广泛的应用及前景。特别是在加工处理领域,百皮秒、焦耳级别的激光有着热效应范围小,高精确度,高速的特点。本论文针对高脉冲能量窄脉宽被动调Q主振荡功率放大激光器进行了理论和实验的研究。论文首先对高脉冲能量亚纳秒固态激光器的国内外发展动态和现状进行了介绍。对Cr:YAG被动调Q饱和吸收体的物理特性,能级结构进行了说明。模拟了在不同的初始透过率情况下,Cr:YAG饱和吸收体的光透过率随泵浦光功率密度的变化规律,通过求解被动调Q速率方程组得出了被动调Q脉宽的理论计算结果。对主振荡功率放大器的激光放大机理做了介绍,理论求解了放大器的输出能量以及能量增益情况,分别模拟计算了单程以及双程放大器不同的能量提取效率。对脉冲激光振荡器以及放大器进行了设计和理论验证工作,其中包括被动调Q增益介质、可饱和吸收体的相关参数,单灯双棒放大器聚光腔以及腔外倍频晶体的选型和设计。重点研究了对氙灯泵浦Nd:YAG棒条放大器热效应的补偿工作,用re Zonator光学仿真软件对不同程度的热效应补偿进行了理论仿真和验证工作。完成了以被动调Q微片激光器作为种子光,以单氙灯泵浦双棒双程放大聚光腔为功率放大器的设计及研制,当输入种子光能量为141μJ,脉冲宽度为754皮秒,该激光放大器系统能够输出能量最大为526m J,脉宽为728皮秒,光束质量因子小于2.26的激光。并且激光的能量波动性小于3%。