固体激光器在工业领域、医疗领域、科学研究领域及国防军事领域有着极其重要的应用。掺钕固体工作物质的吸收谱与激光二极管(laser diode, LD)的输出波长匹配，适合采用LD作为其泵浦源。LD泵浦的掺钕固体激光器具有效率高、结构紧凑和工作寿命长的优势，且是四能级系统，激光阈值低。克服热效应的限制而提高固体激光的输出功率以及通过激光脉冲技术产生短脉冲激光一直备受研究者的关注。本文针对于LD泵浦的Nd:glass锁模飞秒激光器、LD泵浦的声光调QNd:YAG纳秒激光器及LD泵浦的半导体可饱和吸收镜(semiconductor saturable absorber mirror, SESAM)被动调QNd:YVO4皮秒微片激光器的发展面临的技术限制，提出了若干关键技术来突破这些限制并进行了实验研究。本论文取得的主要研究成果包括如下几个部分：
　　提出利用旋转圆盘介质激光器技术来突破LD泵浦的Nd:glass锁模飞秒激光器的输出平均功率的限制。采用直径为15mm的Nd:glass圆盘，输出了高功率的飞秒脉冲激光，其平均功率为0.49W，脉冲的宽度为324fs。而此前报道的LD泵浦的Nd:glass锁模飞秒激光器的平均输出功率一般不超过0.13W。验证了旋转圆盘介质激光器技术可突破LD泵浦的Nd:glass锁模飞秒激光器输出平均功率的限制。
　　采用直径为50mm的Nd:glass圆盘，进行了高功率旋转圆盘锁模飞秒激光器功率扩展的尺寸放大的实验研究。得到了平均输出功率为1.8W的飞秒脉冲激光，据我们所知，这是目前报道过的从LD泵浦的Nd:glass飞秒激光器中获得的最高功率，且脉冲宽度为350fs，重复频率为28MHz，相应的单脉冲能量为64nJ，峰值功率为183kW。通过利用大直径的Nd:glass圆盘，实现了高功率旋转Nd:glass圆盘锁模飞秒激光器的平均输出功率尺寸放大。
　　提出了一种低成本的“准旋转”机构来实现可水冷的高功率旋转圆盘介质激光器，并在机械上得以实现。利用LD作为泵浦源，对基于“准旋转”机构的水冷旋转Nd:YAG激光器的连续输出特性进行了实验研究，在泵浦光斑直径为1.5mm时，获得了60W的平均输出功率，光-光转换效率为40%。并在谐振腔内插入声光Q开关，当泵浦光斑直径为3mm且调Q的重复频率为7kHz时，输出了高功率的纳秒脉冲，其平均输出功率为27.8W，脉冲宽度为290ns，单脉冲能量为4mJ，相应的峰值功率为14kW。基于“准旋转”结构的可实现水冷的高功率旋转圆盘介质固体激光器为突破纳秒激光器热效应的限制提供一个可能的低成本技术雏形。
　　利用调制深度高达40%的SESAM，从LD泵浦的300μm厚的Nd:YVO4调Q微片激光器中得到了最短43ps的脉冲，且重复频率为140kHz，单脉冲能量为19nJ，相应的峰值功率是442W。而采用调制深度为24%的SESAM，获得的最短脉冲为60ps。利用高调制深度的SESAM是突破被动调Q皮秒微片激光器输出脉冲宽度限制的一种可行的技术。
　　本论文的研究基于LD泵浦的掺钕固体激光器。为提高锁模飞秒激光器和声光调Q纳秒激光器的平均输出功率及缩短SESAM被动调Q的皮秒微片激光器的输出脉冲宽度作了关键技术探索。取得了有意义的成果，这对于推动LD泵浦的脉冲固体激光器的发展具有显著的意义。