由于激光二极管（LD)泵浦固体激光装置具有效率高、光束质量好、结构紧凑、寿命长、输出稳定等优点，目前被认为是用于惯性聚变能源激光驱动器的最佳选择之一，因此在惯性聚变能源领域中日益受到重视。　　 本论文根据目前正在研制中的重复频率低温Yb:YAG激光前端系统的技术需求，建立了前端系统的计算机模拟仿真平台，以前端系统模拟程序为基础，针对前端研制过程中的ASE、热效应、幅度调制等物理问题进行了理论分析，对前端系统的结构、参数的选取提供了理论依据，并开展了相关实验研究，本论文的主要内容如下:　　 为了研究高功率激光器前端系统中的物理和工程问题，编写了高功率激光器前端系统模拟程序，介绍了前端综合建模的框架结构及实现功能，并结合离轴四通放大器笔形光束的例子，对模型进行了验证，找出了形成笔形光束反射面的位置，提出抑制笔形光束的方法，并进行了实验验证。　　 在1030nm波段，研制基于全光纤技术和集成波导脉冲整形技术的纳秒整形激光脉冲种子源，为后级低温Yb:YAG再生放大器提供一定能量、一定带宽、高信噪比和高光束质量的种子脉冲信号。　　 从Yb3+离子的能级结构出发，根据准三能级的速率方程并考虑放大的自发辐射影响，采用蒙特卡罗算法研究了脉冲泵浦低温Yb:YAG再生放大器中的储能分布，小信号增益等特性，分析了晶体温度、有效厚度等参数对放大器储能的影响，相应的结论将有助于低温运行Yb:YAG材料参数的选取，泵浦结构的设计。综合考虑泵浦光的吸收与ASE过程，实验中晶体的冷却温度选在183K;在现有的泵浦条件下，考虑到ASE对上能级粒子数的消耗，实验中晶体的厚度选取1.8mm，泵浦时间1.8ms。通过实验验证，所建立的ASE模型可以比较准确地模拟放大器中的自发辐射放大行为和储能情况。　　 建立了高功率激光前端系统中增益介质的三维热-应力-光学分析模型，该模型包括三个子模块:有限元热分析、有限元热应力分析、热效应分析程序，从增益介质的热沉积特性和传热的边界条件出发，可以对不同泵浦条件、不同冷却方式下的增益介质内的三维稳态、瞬态温度分布、热应力分布、热致双折射、热退偏、热致波面畸变等一系列热效应问题实现快速的计算模拟。详细分析了热效应对低温Yb:YAG再生放大器的影响。由于低温晶体优良的热力学特性，在泵浦光10Hz抽运时，晶体的温升不大;热透镜的焦距在15m附近，谐振腔仍然为稳定腔;退偏效应不明显，由此带来的腔的损耗可以忽略。　　 实验中光纤耦合的LD端面泵浦的低温Yb:YAG再生放大器在1030nm得到10Hz，10.2mJ的基横模输出。实验结果和理论分析得到很好的吻合。　　 分析了高功率激光装置中光纤的色散、光纤的偏振模色散、偏振片与波片等光学器件的弱标准具效应等对幅度调制效应的影响并开展了相关的实验研究。　　 根据宽带激光在均匀加宽线型增益介质中的放大理论模型，采用短时傅里叶变换算法分析了再生放大器各个参数对幅度调制效应的影响，结果表明激光脉冲中心波长与增益介质中心波长匹配时，光强在时间波形上两倍于调制频率的谐波最为显著。激光脉冲中心波长与增益介质中心波长产生失谐时，光强的时间波形产生基频调制，且幅度调制深度随失谐量的增加而增大。因此在再生放大器中，调节光脉冲中心波长使之与增益介质中心波长的匹配变得尤为重要。双折射滤光片、标准具等滤波器可以有效的补偿再生放大器中的增益窄化效应，从根本上降低甚至消除增益窄化引起的幅度调制效应。此外通过提高注入激光种子脉冲的能量，尽量减小再生放大器峰值能量输出时的放大程数也可以有效的减轻幅度调制深度的大小。