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薄片激光器是一种新颖的固体激光器,其独特的介质构型能够对激光器运行中产生的废热进行有效管理,具有同时实现高功率、高效率、高光束质量激光输出的潜力。薄片激光器自问世以来,国内外对其物理与技术问题进行了大量的研究。但是对大口径薄片激光器,径向自发辐射放大(ASE)的特性研究较少,特别是高能脉冲工作时ASE对激光效率影响规律的认知还很有限。薄片的退偏情况在小口径薄片激光系统中不严重,但在大口径薄片激光器中,由于材料加工、装夹及热负载等因素,会引起严重的退偏,造成光束质量的退化。另外,现有薄片激光器基本上均采用稳腔结构,随着激光功率及光束质量需求的不断提高,需要对薄片激光器采用大模体积非稳腔的技术进行深入研究。因此本文主要从薄片的ASE特性、退偏特性以及非稳腔薄片激光技术三个方面对大口径Nd：YAG薄片激光的关键技术进行了理论与实验研究。在薄片ASE特性研究中,引入平均增益路径(等效荧光寿命)的概念,理论推导得到了平均增益路径与介质内ASE强度的关系。设计了无激光振荡条件下ASE的自持增益实验,比较了不同构型、不同泵浦区域以及不同泵浦强度下介质内增益情况,并针对不同构型的薄片在相同泵浦条件下,得到了各自平均增益路径和介质内的ASE强度。考虑激光与ASE共存的情况,设计了平凹腔薄片激光输出实验,通过改变泵浦口径来调整薄片内的ASE强度,改变激光通光口径来调整薄片内能量提取口径,分析得到介质内ASE与激光输出能量的相互影响关系,实验验证了ASE降低了激光输出,同时激光输出抑制ASE的规律。在薄片的退偏特性研究中,利用有限元计算得到薄片的应力分布,进一步给出薄片的热致退偏情况。实验测量得到了薄片焊接应力导致的退偏特性,给出了由于焊接应力导致的薄片退偏图形。设计了薄片的偏振输出实验,通过偏振片和1/4波片组合的谐振腔能够较好实现激光偏振输出。在薄片激光非稳腔的设计中,提出采用将含有离焦量的薄片介质等效为腔内薄透镜组的方法,并利用ABCD传输矩阵和本征球面波自再现条件对多片串接正支非稳腔进行设计,给出了谐振腔最优参数。针对上述理论分析进行了Φ40mmNd:YAG薄片非稳腔的实验验证,国内首次在非稳腔放大率为2.0、重复频率10Hz、脉宽2501μs下,实现了单脉冲能量10.9J的激光输出,光束质量β≈8,验证了该薄片激光器非稳腔设计方法的有效性。