本论文对大功率脉冲Nd:YAG激光器技术进行了探讨和研究，在脉冲Nd:YAG单元模块优化设计的基础上，通过对多棒串接谐振腔中晶体棒对准精度的理论研究，进行了多棒串接实验，分别采用六棒串接谐振腔和四棒串接两棒放大的MOPA结构获得了3000W以上的脉冲激光输出，并对两种结构进行了对比分析。根据大功率脉冲Nd:YAG激光器的应用要求，对大功率固体激光器的技术方案进行对比分析，优化了脉冲Nd:YAG单元模块结构设计，给出了腔内六棒串接和四棒串接两棒放大的MOPA结构两种具体技术方案。对脉冲Nd:YAG单元模块的泵浦均匀性和热应力进行了模拟计算，通过对最佳工作参数的实验研究，获得了平均功率为586W，峰值功率为3.45kW，最高单脉冲能量为34.9J的脉冲激光输出。电光效率为4.04%，光束质量为22.5mm×mrad，连续工作输出功率不稳定度为1.1%。对不同切割方向Nd:YAG晶体的热退偏效应进行了理论和实验的探索研究，结果表明：[111]切割方向的Nd:YAG晶体，退偏大小不随偏振方向的变化而变化；[100]方向的Nd:YAG晶体热退偏与偏振方向有关，通过改变线偏振的方向可以获得热退偏最小的方向，这个方向上的热退偏小于[111]方向Nd:YAG棒的热退偏。对Nd:YAG脉冲单元模块进行了无锥度直孔打孔应用，通过实验研究了脉冲组合方式、激光焦点位置、组合脉冲个数等因素对激光冲击打孔孔锥度的影响。采用能量递增的组合脉冲，激光焦点位于材料表面上方1.1~1.7mm，通过控制脉冲组合个数，在厚度为1.5mm和3mm的镍基高温合金材料上，获得孔径分别为480μm和510μm的直孔，重复打孔孔径误差约30μm，孔锥度<1%。对六棒串接谐振腔晶体棒间距、热焦距对稳区范围的影响进行了理论分析。针对多棒串接脉冲激光器的串接需要，提出采用4×4矩阵研究晶体棒失调对谐振腔光轴、模体积和输出指向性的影响：（1）通过对谐振腔内晶体棒不同排列下失调导致的光轴变化的计算，给出了六棒串接谐振腔中晶体棒的对准精度范围，以及对光轴偏移影响最大的失调晶体棒排列方式；（2）通过对模体积损耗的模拟计算，给出了谐振腔内对模体积影响最大的晶体棒位置；（3）模拟了输出指向性随晶体棒失调量和热焦距的变化。实验中调整激光模块，使每根晶体棒的失调角度≤0.037°，实现了六棒串接脉冲Nd:YAG激光器。采取调整晶体棒泵浦功率的方法对晶体棒热焦距不匹配进行补偿，在输入电功率87kW，占空比为17%时，最高输出功率为3043W，峰值功率17.75kW，最高单脉冲能量66J,光束参数乘积为26.3mm×mrad，电光转换效率3.5%。研究了四棒串接两棒放大的MOPA结构中晶体棒失调对谐振腔光轴的影响，给出了MOPA结构中晶体棒的对准精度范围。研究了MOPA结构激光器中晶体棒间距、热焦距匹配的影响，结果表明：放大级晶体棒与振荡级晶体棒对称放置，热焦距相同时，可以有效利用晶体棒的模体积，提高放大级的能量提取效率，有利于获得高功率输出。实验中，激光器采用四棒振荡两棒放大的MOPA结构，调整激光模块，使每根晶体棒的失调角度≤0.042°，在输入电功率87kW，占空比17%时，最高输出功率为3011W，峰值功率17.7kW，最高单脉冲能量为67J，光束参数乘积为：25.2mm×mrad。电光转换效率3.46%，长时间输出功率不稳定度小于2%。与六棒串接脉冲激光器相比，MOPA结构具有以下优点：（1）MOPA结构谐振腔内晶体棒数量减少，更加容易实现棒间距和热焦距匹配；（2）MOPA结构晶体棒失调允许范围比六棒串接谐振腔的失调允许范围大，更容易达到串接精度要求；（3）在相同的角度失调量下，MOPA结构的的光轴偏移量更小。因而采用腔内四棒串接腔外两棒放大的MOPA结构，有利于实现高平均功率、高脉冲能量的激光输出，提高脉冲激光器工作的安全性。