本文对工业用大功率固体激光器的光学系统技术进行了研究和探讨。详细分析了单元模块激光器中影响激光输出功率和光束质量的因素，多棒串接大功率固体激光器谐振腔的结构、稳区范围以及热焦距对稳区范围影响。介绍了单元模块激光器、多棒串接大功率固体激光器的实验研究结果和参数。 首先根据大功率Nd：YAG固体激光器应用的要求，通过对几种大功率灯泵浦 Nd：YAG激光器系统技术方案进行分析，给出了Nd：YAG激光器单元模块的具体设计方案；分析了千瓦级Nd：YAG激光的实现方法，给出了采用多棒串接对称平平腔结构实现大功率输出的技术方案。 对单元模块激光器的热效应进行了分析，理论计算结果表明在拟定的工作条件下，最大应力小于晶体的破坏阈值的75％，激光棒的应力不会超过晶体的破坏阈值，不会因应力引起激光棒炸裂；对聚光腔的聚光效率进行了分析，计算结果表明漫反射腔比双椭圆镜面聚光腔的传输效率低13％左右，在漫反射腔反射率大于97％时，综合考虑泵浦光在激光棒内尽可能均匀分布和聚光腔传输效率两方面，漫反射紧包腔有利；对漫反射紧包聚光腔泵浦光在激光棒内的分布进行了数值模拟，模拟结果和实验测量结果表明：对于掺杂浓度为0.8％的棒泵浦能分布基本上是很均匀的，对于掺杂浓度为1％的棒，棒中心泵浦能量密度比边缘低，模拟结果和实验测量结果吻合。 提出了一种利用激光器的临界工作点测量激光棒横向和切向热焦距的新方法，即利用平行平面谐振腔的临界稳定点是对增益介质的热透镜敏感的函数，通过监测激光输出功率，记录由于有效热焦距使谐振腔通过特殊临界稳定的点特性，可以确定有效热焦距。测量方法简单方便仅需一功率计，尤其适用于大功率激光器。 提出并研究了激光棒纵向浓度梯度对激光器性能的影响，实验结果表明棒的纵向浓度梯度小于0.3时，对发散角、输出功率以及光束质量的影响不大。 对激光器单元模块的最佳工作方式进行实验了研究。通过实验确定了单元模块激光器的最佳透过率、最稳定光学腔、冷却水温度等参数，得到最大输出功率为647W，对光束质量的测量结果为22mm*mrad，在正常工作即输出功率为500W左右时的不稳定度为2％。对双棒、三棒及四棒串接谐振腔的放置方式、稳区范围以及热焦距对稳区范围影响进行了研究。研究结果表明当两端Nd：YAG晶体棒主面到两腔镜的距离相等，各晶体棒主面间距离也相等，且等于Nd：YAG晶体棒主面到腔镜的距离的2倍时，随着泵浦功率的增加，热焦距f从∞→0.50d，当f<0.50d时，谐振腔工作曲线除经过几个临界点外都工作在稳定区。 对多棒串接的最佳工作方式进行实验了研究。采取调整泵浦功率的方法对多棒串接热焦距不匹配进行补偿，结论为：(1)实现双棒串接最大激光输出功率为1175W，总效率3.8％；当激光器输出为1030w时测量出光束质量为21 mm*mrad。(2)实现泵浦功率为48kW三棒串接最大激光输出功率为1820W，总效率3.8％；当激光器输出为1588W时光束质量为21 mm*mrad。(3)实现激光器输出功率达到2105W，总的电光转换效率为3.5％；在1980W功率输出时，运行6小时，功率起伏为36W，不稳定度小于2％。激光器输出为1856W时光束质量为24 mm*mrad。