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高功率超短脉冲激光器已经广泛应用于工业加工、科学研究、军事国防、生物医学等领域。全固态超短脉冲激光融合了全固态激光以及超短脉冲激光技术的综合特性，具有结构紧凑、高稳定性、高峰值功率、低成本等优点，开展全固态超短脉冲激光的研究在学术和应用上都具有非常重要的价值。本文着重开展了新型钕离子掺杂增益介质的激光特性、超短脉冲激光放大研究、全固态皮秒激光应用等研究以及高功率全固态皮秒激光设备的研制。 本研究主要内容包括：⑴实现了Nd∶LGS、Nd∶CLB、Nd∶CGB、Nd∶SYB、Nd，Y∶CaF2等掺钕无序晶体的激光振荡以及连续可调谐运转，均首次获得了光谱宽度超过40 nm的调谐激光输出。特别是基于激光二极管泵浦的Nd∶LGS激光器，获得了从1045.2 nm到1105.3 nm宽达60.1 nm的连续调谐激光输出，并在中心波长1066nm处首次获得了连续锁模，脉冲宽度为381 fs。相关研究结果发表在Opt.Express22(22)26933-26938(2014)杂志上。⑵在全固态Nd∶LGS超短脉冲锁模激光器中首次发现了Nd∶LGS晶体的自倍频特性，并且在实验上成功实现了基于Nd∶LGS晶体的皮秒、飞秒自倍频绿光激光运转。相关研究结果发表于Chin.Phys.Lett.32(1)014206(2015)杂志上，并申请了国家发明专利一项。⑶采用基于Nd掺杂的YVO4和YAG晶体的组合式皮秒激光放大系统，获得了重复频率为1kHz、单脉冲能量为64.8mJ、中心波长在1064.4nm、光束质量因子M平方小于2的高能量皮秒脉冲激光输出;以及重复频率为100kHz、平均功率为37.5 W、对应的单脉冲能量为375μJ、光束质量因子M2小于2的高重复频率皮秒放大激光。在此实验基础上，调研和设计了重复频率可达500kHz的全固态飞秒放大器方案。相关研究结果已发表在Appl.Sci.51590-1602(2015)杂志上。⑷采用平均功率大于4W的皮秒绿光激光泵浦钛宝石晶体，成功获得了脉冲宽度为46 fs的同步泵浦锁模激光输出;采用高重复频率的皮秒激光作为加工与打标系统的光源，合作进行了人类牙齿切片、白宝石、石英片、高分子材料以及碳纤维等材料的激光加工实验;开展了高能量的皮秒放大激光泵浦太赫兹(THz)产生的实验研究，初步获得了重复频率为1 kHz、脉冲宽度为数十皮秒的高功率皮秒THz辐射。⑸成功设计和研制了高能量全固态皮秒激光放大器实验样机以及模块化的皮秒振荡器、再生放大器、功率放大器等全固态皮秒激光设备，其中设备已经运行于上海同步辐射源、中国计量科学院等合作单位。