具备低噪声、窄线宽、高光束质量等优点的全固态连续波单频激光器在量子信息、冷原子物理、精密测量以及超精细光谱等研究领域有着广泛的应用。尤其是人类在2015年成功探测到引力波后,基于高功率全固态单频连续波激光器的弱信号激光探测技术引起了广大科研工作者的极大兴趣,提高全固态单频连续波激光器的输出功率以及降低激光器的强度噪声成为目前激光技术中热点研究课题。发展高功率低噪声全固态连续波单频激光器除了满足以引力波探测为代表的弱信号测量外,还可满足广域量子网络的构建以及大功率单频中红外、深紫外新型激光光源的研制等科学研究和军事国防领域的需求。为此,本论文在全固态连续波单频激光器输出功率的提升和强度噪声的研究及抑制方面进行了深入研究,具体研究内容包括:1.发展了一种利用非线性损耗精确测量激光器的腔内线性损耗的方法。在此基础上,通过提升激光器注入的泵浦光功率以及优化输出耦合镜的透射率,实现了高质量的50 W连续波单频1064 nm种子源激光器。该激光器的输出功率经单端泵浦四级主振荡功率放大(master oscillator power amplifier,MOPA)装置和双端泵浦两级MOPA装置分别提升到104 W和125 W,对应的光束质量M~2因子分别优于1.4和1.25。2.发展了一种在单谐振腔实现输出功率≥100 W连续波单频激光器的方法。在单向运转谐振腔中插入两块端面泵浦的增益介质,不仅能有效缓解单块增益介质在高泵浦功率下的热效应,而且方便对增益晶体的热效应进行操控;引入成像系统实现激光腔模在每块增益晶体处的模式自在现以及实现对激光器工作稳区的调控;引入足够的非线性损耗以及优化输出耦合镜的透射率,实现激光器的高效单频稳定运转。基于以上技术,首次在单谐振腔实现了101 W连续波单频1064nm激光器,是目前国际上单谐振腔单频激光器输出功率的最高指标。3.研究了单频连续波双波长激光器的强度噪声谱特性。在理论分析了单频连续波双波长激光器强度噪声谱特性的基础上,在实验中通过操控激光器的腔内非线性损耗,实现了基频光和倍频光强度噪声的相互转换。4.通过控制激光器腔内非线性损耗实现了对激光器纵模结构的操控,进而研究了激光器纵模结构与强度噪声谱之间的依赖关系。在激光器单频运转区域内,增加激光器的非线性损耗有效抑制了激光器在弛豫振荡频率处的强度噪声;当激光器的非线性损耗不足以抑制激光器的次模振荡,多模振荡和跳模现象发生,导致激光器的强度噪声谱在宽频范围内剧烈波动,增大了激光器的强度噪声。该部分研究内容从物理层面阐明了单频激光器的优势。5.研究了直接和间接泵浦方式对激光器输出功率和强度噪声的影响,发现直接泵浦方式在提升激光器输出功率同时也增强大了激光器的强度噪声。直接泵浦激光器中利用高掺杂、长增益介质在提高泵浦光的吸收效率的同时,也增强了谐振腔中原子与腔模之间相互作用引入的偶极起伏噪声以及激光器的受激辐射速率,导致激光器具有较高的弛豫振荡频率和幅值,延迟了激光器达到散粒噪声基准的频率。6.研究了激光器受激辐射速率与激光器强度噪声谱之间的依赖关系,发展了利用减小激光器的受激辐射速率抑制激光器强度噪声的方法。实验上通过选择谐振腔最佳腔长长度减小激光器受激辐射速率;引入成像系统实现对激光器工作稳区的调控;引入非线性损耗抑制激光器弛豫振荡噪声,激光器强度噪声谱(1 mW)在弛豫振荡频率处高于散粒噪声基准8.6 dB/Hz,在截止频率1 MHz处达到散粒噪声极限。