高功率全固态激光器在精密制造、科学研究和军事工业等领域发挥了重要作用。在高功率固体激光的发展进程中,板条激光器占据了举足轻重的地位。板条构型的表面积-体积比较大,横截面方向温度可近似认为呈一维分布。其中Zig-Zag板条中光线沿“之”字形路径传播,补偿了由温度梯度导致的光束质量退化,保证了良好的激光输出性能。当板条中存在较强的光学表面正反馈时,增益介质会显著放大上能级自发辐射所产生的荧光,由此自发辐射放大效应(Amplified Spontaneous Emission,ASE)在增益介质中形成。自发辐射荧光会在板条内部传播并在各面上反射,当荧光存在闭合路径且该路径上荧光满足增益大于损耗的条件时,就会建立寄生振荡(Parasitic Oscillation,PO)。自发辐射放大效应随着增益介质尺寸和泵浦功率密度的增大将变得相当严重,大量消耗上能级粒子数,降低系统放大性能并限制储能密度,破坏光束的空间均匀性,降低输出光束的光束质量。自发辐射放大效应已经成为了限制板条激光系统发展的关键因素之一。本课题以脉冲储能型大口径高功率Nd:YAG板条放大器中的自发辐射放大效应为研究对象,针对板条增益介质材料与结构特点,旨在探索ASE效应与板条增益介质尺寸的变化关系,探究ASE抑制手段以提升板条放大参数与储能性能,开展相关问题的实验验证。主要内容包括:1.介绍了板条放大器的基本构型与相关研究进展,重点针对ASE与寄生振荡的研究进展成果与ASE抑制方法研究进行调研;2.自发辐射放大理论基础的研究与分析。介绍了板条增益放大理论,对Nd:YAG四能级结构展开分析,讨论板条放大机制;对比分析了自发辐射放大的三种理论手段:准经典理论、全量子理论以及速率方程理论,最终确定速率方程理论为ASE分析的主要手段;3.基于几何光学光线追迹原理,建立了三维板条放大器ASE效应数值计算模型。模型核心关注ASE效应对高功率板条系统放大性能的影响,编写Matlab可视化模块程序分析荧光在三维板条介质中的传播与放大特性。为了提升模型计算准确度,详细地考虑了粗糙侧面上荧光的漫反射比例与介质受激发射截面面积的温度效应,修正了上述问题引入的计算误差。利用计算模型分析了板条放大器各面荧光反射造成的ASE占比,为抑制ASE提供了进一步的思路。同时计算了不同板条尺寸结构下的小信号增益系数,预测了相应Nd:YAG板条系统的放大性能;4.依据模型计算结果,开展了高功率板条放大器ASE与寄生振荡特性探究实验。提出了板条大面荧光吸收与板条侧面荧光导出两种ASE抑制思路,设计并完成了验证实验证明上述两种ASE抑制措施的有效性。具体单元实验主要包括:1)利用高速光电探头开展荧光特性实验,直观了解自发辐射放大与寄生振荡;讨论寄生振荡的产生过程,对寄生振荡在板条中可能存在的路径进行了讨论;2)利用板条增益模块开展了板条注入放大实验,使用150.2mm*30mm*2.5mm尺寸板条在1kHz重频,48ns脉宽条件下实现输出脉冲能量236mJ,光束质量达到Mx2=1.57,My2=1.86;利用板条增益模块分别测量了 150.2mm*30mm*2.5mm尺寸板条以及150.2mm*40mm*2.5mm尺寸板条的小信号增益系数,与数值计算结果进行对比,分析了模型计算误差的来源,验证了 ASE计算模型的精确性;3)利用模型计算结果,提出在板条大面增加荧光吸收以及在板条侧面导出荧光的ASE抑制思路。选择金属Ti和Cr作为吸收材料,从理论计算与实验验证两方面测试了大面单层金属膜对荧光的吸收性能;依据单层金属膜对荧光的吸收结果,提出了高荧光吸收效率复合膜层的设计思路,以(MHL)3膜系为基础膜系,使用Cr与SiO2完成了金属-介质复合吸收膜的设计。经时域差分算法软件FDTD的计算,该膜系理论上对1064nm荧光在0-60°入射角范围内实现了 92%的吸收。该复合膜系理论上大量减少了大面荧光反射率,有效地抑制了 ASE光线在板条大面上的往复反射,证实了大面吸收膜层在抑制板条内部ASE方面的积极作用;4)完成了板条侧面荧光导出实验。选择石英作为导光条材料,分别加工三种尺寸(130mm*2mm*5mm、130mm*2mm*8mm、130mm*2mm*10mm)的导光条,在板条粗糙侧面采用纯净水结合导光条进行实验。对比分析了导光条尺寸以及导光条固定材料对荧光导出效果的影响,侧面荧光导出措施在21600W泵浦条件下的平均系统增益提升比例为60.25%。实验证实了侧面荧光导出措施通过减小大尺寸板条侧面上的荧光反射,有效地降低了板条内部ASE强度,提升了系统增益,保证了高功率环境下板条的输出性能。本文在以下几方面完成了创新性的工作:1.基于几何光学光线追迹原理建立了板条三维ASE计算模型,利用模型计算板条ASE空间分布,分析了各面ASE贡献占比。通过实验验证了模型计算准确度;2.提出了大面金属荧光吸收膜结构,从理论和实验两方面验证了 Ti/Cr单层金属膜对荧光的吸收效果。设计了Cr-SiO2金属-介质复合吸收膜,理论计算了其吸收性能;3.提出侧面荧光导出结构,通过实验验证了石英导光条等侧面荧光导出措施抑制荧光侧面反射以及提升系统增益的积极效果。