激光精细加工作为激光加工领域的一个重要分支，广泛应用于宝石、玻璃、晶圆切割、心血管支架及太阳能电池等制造。研究结果表明，相对连续或长脉进激光，超快皮秒脉冲激光能够有效降低热扩散，降低加工所需的脉冲能量，实现良好的加工效果。在此，脉冲串皮秒激光由串内脉冲作用效果的累积效应，即后一个脉冲作用效果与前一个或多个脉冲的作用相互叠加，这种叠加效果增强了对材料的作用。使得在每个脉冲能量都小于单脉冲破坏阈值的情况下，足够数目的脉冲入射致使材料的破坏。同时，由脉冲串皮秒激光高峰值功率、串内脉冲等间距、等幅值、窄脉宽等特征，广泛应用在各科学研究领域。　　目前，基于半导体可饱和吸收镜(SESAM)技术的全固态锁模激光器成为皮秒激光器研究的重点。但SESAM锁模激光器直接输出激光的能量低，限制了它在某些领域的应用。本文将结合SESAM锁模、脉冲展宽、脉冲串形成、再生放大及行波放大等技术实现大能量脉冲串皮秒激光输出。论文主要内容包括:　　1.介绍了皮秒激光器在激光加工，同步泵浦X射线产生等研究领域的应用价值。对比了纳秒激光器，皮秒激光器以及单脉冲与脉冲串皮秒激光器在加工中的区别。并对国内外产生脉冲串的几种方法及脉冲串皮秒激光器的研究现状进行了总结。　　2.分别设计了半导体激光二极管(LD)泵浦Nd∶YVO4晶体的SESAM锁模双路与单路输出，描述了标准具与布拉格体光栅(VBG)对皮秒脉冲展宽过程。采用四分之一波片与偏振片组成可调谐输出镜，在808nm泵浦功率3W下获得单路输出功率达1.18W，光光转化效率为39.3％。相比于耦合输出镜双路输出，锁模单路输出能更好的得到最佳匹配输出率，获得最佳的功率。同时在锁模双路输出腔内插入标准具，获得了最宽脉宽135ps脉冲输出，脉冲光谱变窄，为多峰结构。在锁模输出腔外采用VBG进行展宽，经两次VBG展宽，脉冲展宽至200ps以上，脉冲光谱几乎不变。　　3.设计了改进型迈克尔逊干涉仪脉冲串生成器，同时提出了增益放大分束脉冲串生成器。采用改进型迈克尔逊干涉仪脉冲串生成器分别获得串内4根、6根脉冲等间距的脉冲串皮秒种子光。　　4.设计了大电流泵浦下高增益双凸再生放大腔并结合激光脉冲在再生放大过程中的偏振特性，创新性设计了腔长翻倍的再生放大腔。在1kHz高增益再生放大中获得单脉冲8mJ的1064n激光输出，而在串内6根的脉冲串再生放大下获得脉冲包络能量达11.7mJ的能量输出。在腔长翻倍的再生放大中，1kHz下获得单脉冲6.5mJ的1064nm激光输出，1小时内脉冲与脉冲之间的能量抖动性小于0.5％。　　5.设计了强泵浦短棒双模块Nd∶YAG单通放大器，有效的减少自聚焦非线性效应。在强泵浦短棒双模块Nd∶YAG单通放大器下，3.2mJ的单脉冲能量通过三级单通放大至58.3mJ。而在1kHz脉冲串下，通过二级单通放大将11.7mJ的脉冲包络能量放大至96mJ。　　6.计算了1064nm双轴晶体LiB3O5(LBO)临界相位角度匹配及非临界相位温度匹配倍频与光参量2128nm的角度。角度LBO匹配实验中，单脉冲6.4W的激光经此倍频获得3W的绿光输出，转换效率为46.8％。采用温度匹配的LBO晶体倍频脉冲串皮秒激光，30.2W的激光功率经倍频后获得18W功率的绿光输出，转换效率达60％。采用1kHz功率7W的1064nm激光进行光参量实验，获得2128nm波长附近2127.8nm、2172.5nm、2072.5nm、2128.5nm四个相近波长的输出。同时皮秒脉冲串应用在CCD/COMS损伤，同步泵浦KGW拉曼激光器的实验中，结果表明脉冲串皮秒激光具有很大的优势。