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全固态皮秒激光器在国防、微加工、医疗和科研等领域有重要的应用。本论文针对皮秒激光产生和放大过程中的关键技术进行了深入的研究。系统地研究了高效率、高光束质量、高稳定性全固态皮秒激光的产生和放大，包括兆赫兹重频SESAM锁模1064nm皮秒激光产生技术、千赫兹级重频皮秒激光再生放大和行波放大技术、千赫兹级重频的被动调Q1064nm皮秒激光产生技术等。取得的创新性成果如下: 1.改进了SESAM锁模激光脉宽的表达式，并研制成功高光束质量、高稳定性、紧凑型被动风冷SESAM锁模1064nmNd∶YVO4全固态皮秒激光器。通过对锁模脉宽理论和相关实验结果的分析和总结，改进了SESAM锁模激光脉宽的表达式并以皮秒1064nmNd∶YVO4激光器进行了实验验证，表明新的表达式较原公式的准确度提高了32％。采用高效被动风冷热管理技术，研制成功高光束质量、高稳定性、紧凑型被动风冷SESAM锁模1064nm Nd∶YVO4全固态皮秒激光器。平均输出功率210mW，重复频率100 MHz，脉宽15.5 ps，光束质量因子M2=1.15，连续工作3小时平均功率RMS波动小于1％。总尺寸仅为350mm×150mm×50mm，相当紧凑。结果表明，其能够作为可靠的种子源用于后续放大器。 2.研制成功高能量、高光束质量1064 nm皮秒放大器。采用主振荡功率放大(MOPA: Main Oscillator Power Amplification)结构，SESAM被动锁模1064 nm Nd∶YVO4皮秒种子源首先经双波片补偿的双端面连续泵浦Nd∶YAG棒再生放大器，获得最大单脉冲能量0.6mJ，重频10kHz的1064nm皮秒脉冲输出;然后通过连续侧面泵浦Nd∶YAG棒双程行波放大器，最终获得单脉冲能量1mJ，脉宽26 ps，重频10 kHz，平均光束质量因子M2=1.56，表明激光器处于TEM00运转。90分钟平均功率稳定性优于±3％。该激光器可用于瞬态光谱研究。 3.研制成功高能量、高光束质量1064 nm千赫兹皮秒再生放大器。SESAM被动锁模1064 nm Nd∶YVO4皮秒种子源经侧面脉冲泵浦Nd∶YAG棒再生放大方案，成功获得了最大单脉冲能量6mJ的1064nm皮秒脉冲输出，脉宽16 ps，重频1 kHz，光束质量因子为M2=1.5;采用LBO非临界相位匹配方式进行腔外倍频，得到3mJ、532nm输出，重复频率为1kHz，脉宽16ps，其30分钟平均功率RMS稳定性优于1.2％。该倍频激光器适用于卫星激光测距。 4.研制成功1064nm被动调Q皮秒微片激光器以及首台完全一体化便携式激光打标机。采用Nd∶YAG薄片和Cr∶YAG被动调Q技术，获得脉宽750ps，重频7-17 kHz，单脉冲能量约25μJ，光束质量M2=1.5的皮秒调Q脉冲输出。对应峰值功率不小于33 kW，约为打标光纤激光器峰值功率的3倍，完全能够满足打标应用。特别针对个性化标记市场，基于被动调Q激光器技术，开发了首台完全一体化便携式激光打标机，测得常见材料的标记阈值，并达到良好的标记效果，具有重要的应用价值和潜在的经济价值。