全固态短脉冲激光器由于其具有结构简单、泵浦效率高、稳定性强、寿命长、光束质量好等众多优点,使其在激光通讯、遥感探测、光信息处理、激光加工、激光医疗和军事武器装备等领域均有广泛的应用前景,引起人们极大的关注。本论文采用氙灯和光纤耦合输出的半导体激光器作为泵浦源,用Nd:YAG、Nd:YVO₄、Nd:GdVO₄和Nd:LuVO₄晶体作激光工作物质,利用声光开关、饱和吸收体Cr⁴⁺:YAG和GaAs作为腔内调Q元件,研究了声光—GaAs主被动双调Q、Cr⁴⁺:YAG—GaAs双被动调Q激光的脉冲输出特性和脉宽控制特性;利用KTP晶体和周期极化的LiNbO₃（PPLN）晶体作为腔内倍频晶体,研究了双折射相位匹配和准相位匹配绿激光连续及调Q运转特性;运用速率方程对以上调Q、双调Q激光的运转特性进行了理论模拟,理论计算与实验结果相符。论文的主要研究工作包括:Ⅰ实现了氙灯泵浦Nd:YAG晶体、Cr⁴⁺:YAG和GaAs双被动调Q 1.06μm激光运转,测量了单一被动调Q、双被调Q激光的脉冲对称因子和脉冲宽度与输出镜反射率及Cr⁴⁺:YAG小信号透过率的依赖关系。结果表明,与单一Cr⁴⁺:YAG和GaAs被动调QNd:YAG激光相比,双被调Q激光不但脉宽被压缩,而且产生的脉冲形状更加对称。考虑GaAs饱和吸收体的单光子、双光子以及自由载流子吸收过程,运用平面波近似下耦合的速率方程对激光脉冲的输出特性进行了理论模拟,理论计算与实验结果相符。（第二章2.1节）Ⅱ研究了氙灯泵浦Nd:YAG晶体、KTP内腔倍频、Cr⁴⁺:YAG和GaAs双被动调Q0.53μm绿激光特性。测量了单一被动调Q和双被动调Q激光脉冲宽度和脉冲对称因子与Cr⁴⁺:YAG小信号透过率的依赖关系;测量了激光的脉冲宽度、平均输出能量、脉冲重复率随泵浦能量变化规律,获得了输出脉冲的单脉冲能量和脉冲峰值功率随泵浦能量的变化规律;利用平面波近似下耦合的速率方程模型对实验结果进行了理论模拟,数值计算与实验结果相符。（第二章2.2节）Ⅲ实现了LD泵浦c-cut Nd:GdVO₄晶体、声光—GaAs主被动双调Q 1.06μm激光运转,并比较了a轴切割（a-cut）与c轴切割（c-cut）的双调Q Nd:GdVO₄激光输出脉冲的脉冲宽度和峰值功率。实验结果表明,与a-cut Nd:GdVO₄激光相比较,c-cutNd:GdVO₄激光虽然泵浦阈值更高,但具有更窄的脉冲宽度和更高的峰值功率增长率;另外,比较了c-cut Nd:GdVO₄双调Q与单一AO及GaAs调Q激光输出脉冲的宽度、重复率及峰值功率随泵浦功率的变化关系。在理论分析中,讨论了激光晶体的热效应对腔模尺寸和衍射损耗的影响,并将泵浦光近似为一个高斯光束,同时将腔内光子数密度和反转粒子数密度均考虑成高斯分布,给出了描述声光—GaAs主被动双调Q激光运转特性的速率方程模型,对声光和GaAs双调Q激光运转特性进行了理论模拟。（第三章3.1节）Ⅳ从理论和实验上研究了LD泵浦c-cut Nd:GdVO₄晶体、KTP内腔倍频、AO—GaAs主被动双调Q 0.53μm激光的脉宽压缩特性。测量了主被动双调Q、单一AO和GaAs三种调Q激光输出脉冲的上升沿、下降沿的宽度以及脉冲宽度和重复率随泵浦功率的变化,获得了脉冲对称因子、单脉冲能量、峰值功率随泵浦功率的变化关系;结果表明,与单一调Q激光相比,双调Q激光的脉宽明显被压缩,且脉冲对称性提高;并将c-cutNd:GdVO₄双调Q激光与a-cut Nd:GdVO₄双调Q激光KTP内腔倍频时的各种激光特性进行了比较。利用高斯近似下的速率方程模型对实验结果进行了理论模拟,理论计算和实验结果相符合。（第三章3.2节）Ⅴ采用三镜折叠腔结构,实现了LD泵浦Nd:YVO₄晶体、KTP内腔倍频、Cr⁴⁺:YAG和GaAs双被动调Q 0.53μm绿激光运转,给出了三种不同Cr⁴⁺:YAG小信号透过率下的双调Q激光的平均输出功率、脉冲宽度、单脉冲能量和峰值功率随泵浦功率的变化关系;比较了双被动调Q与单一Cr⁴⁺:YAG和GaAs被动调Q情况的下的脉冲宽度与脉冲对称因子。当Cr⁴⁺:YAG小信号透过率T₀=71%时,双调Q激光的平均输出功率最大。这说明双调Q激光的输出特性与两种饱和吸收体的小信号透过率有关;与单一被动调Q激光相比,双被动调Q脉冲激光不仅能压缩脉宽、提高脉冲对称性,而且输出的单脉冲能量和峰值功率得到提高。（第三章3.3节）Ⅵ简单介绍了Nd:YVO₄/YVO₄键合激光晶体的制造过程及性质,实现了LD泵浦Nd:YVO₄/YVO₄晶体、声光主动调Q基频激光运转,测量了泵浦光斑在激光晶体内的位置变化对输出功率的影响;结果表明,当泵浦光斑位于晶体键合面附近处可以得到最大的输出功率。另外,测量了不同声光调制频率下主动调Q激光的脉冲输出特性。用三维的热传导方程分析了键合晶体内的热透镜焦距和热致折射率损耗随泵浦功率的变化,并与普通的Nd:YVO₄晶体作了比较;用速率方程模型对激光的脉冲特性进行了理论模拟,数值计算结果与实验结果相符。（第四章4.1节）Ⅶ采用三镜折叠腔结构,利用自Q晶体Cr⁴⁺:Nd³⁺:YAG作为饱和吸收体,实现了LD泵浦Nd:YVO₄/YVO₄晶体、被动调Q 1.06μm激光运转,测量了激光输出脉冲宽度、脉冲重复率、单脉冲能量和峰值功率等激光输出特性,并与同样腔型结构下,Cr⁴⁺:YAG被动调Q Nd:YVO₄/YVO₄激光进行了比较。结果表明,用Cr⁴⁺:Nd³⁺:YAG作为饱和吸收体时,激光具有更低的泵浦阈值和更高的光光转换效率。（第四章4.2节）Ⅷ将GaAs同时兼做调Q元件和谐振腔的输出镜,实现了LD泵浦Nd:LuVO₄晶体、GaAs被动调Q 1.06μm激光运转。考虑未镀膜的GaAs形成Fabry-Perot腔,利用吸收系数和透过率的理论计算公式得到了其有效的反射率。在相同的泵浦功率和谐振腔结构的条件下,与Nd:GdVO₄和Cr:Nd:YAG激光晶体相比,Nd:LuVO₄激光可以产生更短的脉冲宽度。另外,还测量了激光平均输出功率、脉冲宽度、脉冲重复率和峰值功率等激光特性。（第四章4.3节）Ⅸ简单的介绍了5mol%MgO掺杂的周期性极化的LiNbO₃（MgO-PPLN）晶体的特性,MgO的掺入可以极大的提高PPLN晶体的抗损伤性能。利用三镜折叠腔实现了LD泵浦Nd:YVO₄/YVO₄晶体、MgO-PPLN内腔倍频、GaAs被动调Q 0.53μm绿激光运转,测量了不同泵浦功率下的脉冲宽度、脉冲重复率、单脉冲能量和峰值功率,分析了准相位匹配PPLN晶体的倍频理论,给出了高斯分布近似下PPLN倍频晶体内二次谐波转换引起的非线性损耗,并利用准相位匹配理论和速率方程模型对实验结果进行了理论模拟。（第五章5.1-5.2节）Ⅹ采用三镜折叠腔结构,实现了LD泵浦Nd:YVO₄/YVO₄晶体、MgO-PPLN腔内倍频、Cr⁴⁺:YAG被动调Q 0.53μm绿激光运转;测量了在不同Cr⁴⁺:YAG小信号透过率、不同泵浦功率下的脉冲宽度、脉冲重复率、单脉冲能量和脉冲峰值功率的变化规律。（第五章5.3节）Ⅺ研究了LD泵浦Nd:YVO₄/YVO₄晶体、AO—GaAs主被动双调Q激光的脉宽控制特性。通过改变GaAs或同时改变AO和GaAs在腔内的位置以及泵浦光束腰在激光介质中的位置,可以有效的改变调Q激光输出脉冲宽度。理论分析中给出了在一定泵浦功率下的平均泵浦半径与泵浦光斑在增益介质内位置的关系,以及腔内任意位置处的传输矩阵和光束半径的计算公式。运用速率方程模型模拟获得了脉宽与振荡光和泵浦光斑大小之间的关系,理论计算与实验结果相符。（第六章6.1节）Ⅻ理论和实验研究了LD泵浦Nd:YVO₄/YVO₄晶体、Cr⁴⁺:YAG和GaAs双被动调Q激光的脉宽控制特性。实验中,通过改变GaAs或同时改变Cr⁴⁺:YAG和GaAs在腔内的位置以及泵浦光束腰在激光介质中的位置,可以有效的控制激光的脉冲宽度。运用平均泵浦半径计算公式、腔内高斯光束半径计算公式以及速率方程模型对实验进行了模拟,理论分析与实验结果相符。（第六章6.2节）本论文中的主要创新工作包括:Ⅰ首次实现了氙灯泵浦Nd:YAG晶体、Cr⁴⁺:YAG—GaAs双被动调Q激光的基频和KTP腔内倍频激光运转,研究了其运转特性;考虑GaAs的单光子、双光子吸收和自由载流子吸收过程,给出了平面波近似下的速率方程模型,数值求解方程的理论计算值与实验结果相符。Ⅱ首次实现了LD泵浦c-cut Nd:GdVO₄晶体、声光—GaAs主被动双调Q 1.06μm和KTP腔内倍频0.53μm激光运转,研究了其运转规律;与a-cut Nd:GdVO₄激光的输出脉冲的宽度、重复率及峰值功率相比,c-cut Nd:GdVO₄激光具有更短的脉宽和更高的峰值功率增长率;用高斯近似下双调Q激光的耦合的速率方程对激光的输出特性进行了模拟,理论计算与实验结果相符。Ⅲ将GaAs同时兼做调Q元件和谐振腔的输出镜,首次实现了LD泵浦Nd:LuVO₄晶体、GaAs被动调Q 1.06μm激光运转,测量了激光平均输出功率、脉冲宽度、脉冲重复率和峰值功率等激光特性。与Nd:GdVO₄和Cr:Nd:YAG激光晶体相比,Nd:LuVO₄激光可以产生更短的脉冲宽度。Ⅳ首次实现了LD泵浦Nd:YVO₄/YVO₄键合晶体、MgO-PPLN准相位匹配内腔倍频、GaAs和Cr⁴⁺:YAG被动调Q 0.53μm绿激光运转,研究了运转特性;利用准相位匹配理论和高斯分布近似下的速率方程模型,对PPLN晶体的倍频特性进行了数值模拟,理论计算和实验结果相符。Ⅴ首次对LD泵浦的Nd:YVO₄/YVO₄晶体、声光—GaAs主被动双调Q及Cr⁴⁺:YAG—GaAs双被动调Q激光的脉宽控制特性进行了研究;通过改变泵浦光斑在增益介质内的位置即改变平均泵浦半径的大小,以及调Q开关在腔内的位置即改变调Q开关处光束半径的大小,能够有效地控制调Q激光的脉冲宽度。运用速率方程模型获得了脉冲宽度与增益介质内平均泵浦半径以及调Q开关处光束半径的关系,从理论上模拟了双调Q脉冲宽度变化的规律,理论计算与实验结果相符。