Yb:YAG激光晶体具有吸收带宽,可完全覆盖激光二极管泵浦源发射谱宽、能级结构简单、热耗低效率高、可以实现高浓度掺杂等特点,激光二极管泵浦的Yb:YAG固体激光器已经成为研究热点,并成为高效率、高功率固体激光器的一个主要研究方向,目前已经被广泛应用在生活,生产和国防等众多领域。本文以设计紧凑型Yb:YAG激光器为目的,分析了激光二极管泵浦的Yb:YAG固体激光器国内外研究现状,讨论了Yb:YAG激光晶体的能级结构、吸收及发射特性等基本物理性质,从速率方程出发,研究了激光的产生及其输出特性。依据调Q技术的基本原理和实现调Q技术应满足的条件,比较了主动调Q和被动调Q各自特点,分析了可饱和吸收体Cr⁴⁺:YAG晶体的基本特性和其作为被动调Q可饱和吸收体的必要条件。论文从Cr⁴⁺:YAG被动调Q耦合速率方程出发,利用仿真计算,对被动调Q的激光脉冲输出特性进行了研究。研究发现:随着泵浦功率的增加,脉冲宽度减小,峰值功率和重频增加;随着输出镜透过率的增加,峰值功率增加,重频减小;随着被动调Q可饱和吸收体的初始透过率的增加,峰值功率减低,脉冲宽度和重复频率增加。论文还设计了激光器实验样机,从实验材料的选取,Yb:YAG激光晶体的吸收与掺杂浓度的关系进行了全面分析,在光学实验平台上建立了Yb:YAG激光器实验装置。实验发现,当激光晶体掺杂浓度一定,工作温度一定,输出镜透过率一定时,激光输出功率随激光谐振腔的缩短而变大;当激光谐振腔腔长一定,工作温度一定,输出镜透过率一定时,晶体掺杂浓度为10at.%时的激光输出功率相对于晶体掺杂浓度为5at.%时的激光输出功率明显增大;当激光谐振腔腔长一定,激光晶体掺杂浓度一定,工作温度一定时,输出镜透过率为7%时,激光输出功率大于输出镜透过率为4%和10%时的激光输出功率;当激光谐振腔腔长一定,激光晶体掺杂浓度一定,输出镜透过率一定时,激光输出功率随激光晶体工作温度的降低而变大等。论文还通过实验研制了脉冲宽度为2.45ns,重复频率为1.5kHz的Cr⁴⁺:YAG被动调Q Yb:YAG激光器,并研究了Cr⁴⁺:YAG晶体作为被动调Q可饱和吸收体时的激光脉冲输出特性。