半导体泵浦碱金属蒸汽激光器(Diode-pumped alkali-vapor laser,DPAL)兼具半导体激光和气体激光的技术特点,具有量子效率高、受激发射截面大、折射率扰动较小、热管理便捷和输出波长丰富等优势,可实现高效率、高功率和高光束质量近红外激光输出,在工业制造、军事、医疗和科研等领域具有重要的应用价值。其中,高重复频率、高功率脉冲DPAL在激光通信、激光雷达(LIDAR)、激光加工和激光清洗等领域有着广泛的应用前景。同时,通过倍频或借助不同的能级跃迁过程,DPAL能够实现蓝光、近红外、中红外甚至远红外等波段激光输出,是实现高功率多波长激光同步、同路输出的一种新途径。但相比于高功率连续DPAL,DPAL的脉冲调制技术和多波长输出技术发展较为缓慢。因此,本文将以Cs蒸汽DPAL(Cs-DPAL)为研究对象,对Cs-DPAL的脉冲调制技术和多波长输出特性开展研究,研究内容包括以下方面:1、在理论研究方面,基于速率方程和光束传播方程建立DPAL理论模型,并通过有限差分法对理论模型进行求解,对连续和脉冲Cs-DPAL进行了理论仿真。对于连续Cs-DPAL,分析了泵浦功率、泵浦波长与线宽、缓冲气体压强、蒸汽池工作温度、输出镜反射率、蒸汽池窗口透过率、泵浦光束腰半径和位置以及谐振腔腔长对Cs-DPAL输出功率、效率以及光束质量的影响,并求得了各参量的最佳值。对于脉冲Cs-DPAL,分析了脉冲泵浦和主动调制Cs-DPAL的脉冲输出特性,结果表明泵浦光上升沿时间或调制器件开关时间在ns量级时,可获得高峰值功率脉冲激光输出。2、在脉冲泵浦Cs-DPAL及其倍频实验研究方面,首先搭建了半导体激光(LD)端面泵浦Cs-DPAL实验装置,分析了连续光泵浦情况下Cs-DPAL的连续激光输出特性。接着在脉冲光泵浦情况下,分析了占空比、脉冲宽度和工作温度等对激光功率、波形的影响,获得了最高平均功率1.27 W的脉冲激光输出,但由于泵浦光脉冲上升沿时间较长,脉冲激光的峰值功率仅为~1.90 W,与连续泵浦情况下的激光输出功率相当,与理论仿真结果相符,通过调节泵浦光重复频率和占空比,脉冲激光最高重复频率为3.3 kHz,最小脉冲宽度为52μs。在上述实验基础上,搭建了腔内倍频Cs-DPAL实验装置,获得447.19 nm蓝光激光输出,在连续和脉冲泵浦情况下,分别获得了最高功率245μW的连续蓝光和227μW的脉冲蓝光激光输出,脉冲蓝光的最高峰值功率为~340μW,最高重复频率和最小脉冲宽度分别为3.3 kHz和57μs。3、在声光调制脉冲Cs-DPAL实验研究方面,首先搭建了声光调制线偏振Cs-DPAL实验装置,实验研究了Cs-DPAL的连续激光输出特性,分析了线偏振声光调制器(AOM)和偏振分光棱镜(PBS)对激光输出功率和偏振度的影响。然后采用方波调制信号控制AOM的开关,分析了方波信号重复频率和占空比对脉冲激光平均功率、峰值功率和光束质量的影响,获得了最高重复频率1 MHz,最小脉冲宽度238 ns的脉冲激光输出,由于AOM的开关时间较长,脉冲激光的最高峰值功率为~1 W,与AOM关闭情况下的连续激光输出功率相当,符合理论仿真结果。最后采用编码调制信号对AOM进行调制,分析了不同比特率情况下Cs-DPAL的编码脉冲输出特性,编码脉冲激光的最大比特率为2 Mb/s。4、在LD泵浦Cs蒸汽的多波长输出特性研究方面,首先分析了Cs原子能量碰撞转移和产生多波长光子的能级跃迁过程。然后搭建了852 nm LD泵浦Cs蒸汽实现多波长荧光输出的实验装置,获得了波长455 nm和459 nm蓝光输出,波长852 nm和895 nm近红外光输出,波长2.93μm、3.01μm、3.095μm、3.49μm和3.61μm中红外光输出。最后,实验研究了蒸汽池工作温度和泵浦功率密度对蓝光和中红外光相对强度的影响,并获得了实现蓝光和中红外光输出的阈值条件。