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半导体激光二极管泵浦的全固态调Q激光器具有结构简单、稳定性强、输出脉冲持续时间短和能量高等优点,因而在光通讯传输、激光医疗、激光加工、激光测量和信息处理等方面有着广泛应用。调Q和双调Q技术可以全面提升全固态调Q激光器的性能,包括压缩输出激光的脉冲宽度、提高脉冲峰值功率以及改进脉冲波形对称性等。本论文使用半导体激光二极管作为泵浦源,利用Nd:LuVO4晶体作为激光增益介质,通过使用声光(Acousto-optic, AO)—GaAs组合和Cr4+:YAG—GaAs组合,分别研究了1064nm全固态主被动和双被动调Q激光的特性；利用双折射相位匹配的KTP倍频晶体,分别研究了532nm内腔倍频Nd:LuVO4晶体AO—GaAs主被动和Cr4+:YAG—GaAs双被动调Q激光的特性；利用Nd:GdVO4晶体作为激光增益介质,使用AO—V3+:YAG组合和V3+:YAG—Co:LMA组合,分别实现了1342nm全固态主被动和双被动调Q激光的运转；同时给出了相关的双调Q激光耦合速率方程组,对上述双调Q激光的特性进行了理论研究；使用单壁碳纳米管(Single-walled carbon nanotube, SWCNT)作为饱和吸收体,分别实验研究了1064nm基频被动调Q和540nm内腔倍频被动调Q激光的特性,并将其与电光(Electro-optic, EO)结合,实现了Nd:Lu0.33Y0.37Gd0.3VO4三掺混合晶体的主被动双调Q激光运转。论文主要的研究工作如下：Ⅰ实现了LD泵浦1064nm Nd:LuVO4晶体AO和GaAs主被动双调Q激光运转,并将GaAs饱和吸收体兼作耦合输出镜,得到了波形对称的激光脉冲输出。在AO重复频率为10KHz和20KHz的条件下,分别测量了双调Q激光的平均输出功率、脉冲宽度、单脉冲能量和峰值功率。考虑GaAs的单光子、双光子和自由载流子吸收,给出了高斯分布近似下的主被动双调Q激光的耦合速率方程组,数值模拟方程组的理论值与实验结果相符。(第二章2.1)Ⅱ实验研究了LD泵浦Nd:LuVO4晶体Cr4+:YAG和GaAs双被动调Q激光的特性。与相同条件下的GaAs单被动调Q激光相比,双被动调Q可以产生更窄的脉冲宽度和更加对称的脉冲波形。实验中,使用了两块不同小信号透过率(To=0.71和To=0.81)的Cr4+:YAG饱和吸收体。实验结果表明To=0.71时的双被动调Q激光比To=0.81时的双被动调Q激光具有更窄的脉冲宽度和更高的峰值功率。(第二章2.2)Ⅲ实现了532nm内腔倍频Nd:LuVO4/KTP晶体AO和GaAs主被动双调Q绿激光运转。测量了相同条件下的AO单主动和GaAs单被动调Q绿激光的平均输出功率、脉冲宽度和单脉冲峰值功率。实验结果证明,与AO单主动和GaAs单被动调Q绿激光相比,主被动双调Q绿光可以产生更加对称的波形和更窄的脉冲宽度。在理论模拟方面,为了提高了理论模拟的精度,不仅考虑了腔内光子数密度的横向和纵向高斯分布,而且还考虑了KTP倍频晶体的走离效应,理论模拟值与与实验结果相符。(第三章3.1)Ⅳ同时使用GaAs和Cr4+:YAG作为饱和吸收体,研究了532nm内腔倍频Nd:LuVO4/KTP晶体双被动调Q绿激光的特性。与相同条件下GaAs或Cr4+:YAG单被动调Q内腔倍频绿激光相比,双被动调Q绿激光脉冲波形更加对称、脉宽更窄、单脉冲能量更大、峰值功率更高。此外,分析和研究了GaAs和Cr4+:YAG饱和吸收体的小信号透过率与脉冲波形对称因子之间的关系,通过选择合适小信号透过率的Cr4+:YAG和GaAs饱和吸收体进行组合,能够得到极为对称的脉冲波形。实验使用了三种小信号透过率的Cr4+:YAG饱和吸收体,分别为To=0.71、0.81和0.91,结果表明,使用T0=0.81的Cr4+:YAG与GaAs相结合可以得到比其它两种组合更加对称的脉冲波形。理论计算中给出了高斯分布近似条件下内腔倍频双被动调Q激光的耦合速率方程组,理论模拟与实验结果较为吻合。(第三章3.2)V实现了平--平直腔下的LD泵浦1342nm Nd:GdVO4晶体AO和V3+:YAG主被动双调Q激光运转,测量了主被动双调Q激光的平均输出功率、脉冲宽度和单脉冲峰值功率随泵浦功率、AO重复频率(10KHz—100KHz)之间的关系,实验结果表明,与AO单主动或V3+:YAG单被动调Q激光相比,双调Q激光具有更窄的脉冲宽度和更高的单脉冲峰值功率。考虑激光增益介质的热透镜效应,建立了平--平直腔下的LD泵浦1342nm Nd:GdVO4晶体AO和V3+:YAG主被动双调Q激光的理论计算模型,并进行了数值模拟,理论计算与实验结果相符。(第四章4.1)Ⅵ使用平--平直腔,实现了1342nm Nd:GdVO4晶体V3+:YAG和Co:LMA双被动调Q激光运转。实验结果表明,与相同情况下的V3+:YAG(Tv0=0.94, Tv0=0.5)或者Co:LMA (Tvc0=0.9)单被动调Q激光相比,双被动调Q激光可以获得更窄的脉冲宽度以及更高的单脉冲峰值功率。理论计算中考虑了激光增益介质的热透镜效应引起的腔内光子数密度的横向及纵向高斯空间分布,给出了1342nm双被动调Q激光的速率方程组,数值模拟方程组的理论值与实验结果相符。此外,对相同饱和吸收体小信号透过率下的双被动调Q激光和单被动调Q激光作了理论分析,结果表明即使具有相同的小信号透过率,双被动调Q激光仍能产生比单被动调Q激光更窄的脉冲宽度。(第四章4.2)Ⅶ实验研究了Nd:Lu0.33Y0.37Gd0.3VO4三掺混合晶体SWCNT被动调Q1064nm激光的特性,获得52ns的最窄脉冲宽度和66.5W的最高单脉冲峰值功率。研究表明,对于1064nm全固态被动调Q激光器,SWCNT是一个性能优良的饱和吸收体。为了更好地研究SWCNT的饱和吸收特性,实验中使用了三块不同的激光晶体,分别是Nd:Lu0.33Y0.37Gd0.3VO4三掺混合晶体、Nd:Lu0.33Y0.37Gd0.3VO4两掺混合晶体以及Nd:LuVO4晶体。测量和分析了三种被动调Q激光的脉冲宽度、脉冲重复率以及单脉冲峰值功率,结果表明,使用三掺混合晶体作为激光增益介质可以获得更窄的脉冲宽度和更高的单脉冲峰值功率。(第五章5.1)Ⅷ测量了808nm LD泵浦Nd:SSO晶体的荧光谱线,结果表明中心波长为1080.1nm,荧光线宽为3.4nm。实现了540nm内腔倍频Nd:SSO/KTP晶体SWCNT被动调Q绿激光运转。在泵浦功率为最大值11.8W时,得到了最高平均输出功率0.89W,对应的光—光转换效率和斜效率分别为7.5%和12.3%,同时获得了94.8ns的最窄脉冲宽度和19.1W的最高单脉冲峰值功率。(第五章5.2)Ⅸ基于EO和SWCNT双损耗调Q,实验研究了Nd:Lu0.33Y0.37Gd0.3VO4三掺混合晶体1064nm主被动双调Q激光特性。实验结果表明,与EO单主动调Q和SWCNT单被动调Q激光相比,主被动双调Q激光有效地压缩了脉冲宽度、提高了单脉冲峰值功率。在EO重复频率分别为2KHz和4KHz时,测量了主被动双调Q激光的平均输出功率、脉冲宽度和单脉冲峰值功率。在泵浦功率为最大值11.43W和EO重复率为2KHz时,主被动双调Q激光得到了最窄的脉冲宽度17.6ns和最高的单脉冲峰值功率19886W。(第五章5.3)本论文的主要创新包括：Ⅰ首次实现了LD泵浦1064nm Nd:LuVO4晶体AO和GaAs主被动双调Q激光运转,获得了波形对称的激光脉冲输出,研究了双调Q激光的运转规律；建立了高斯分布近似下的主被动双调Q激光的耦合速率方程组,数值模拟方程组的理论值与实验结果相符。Ⅱ首次利用Nd:LuVO4晶体作为激光增益介质,实现了Cr4+:YAG—GaAs双被动调Q1064nm激光运转。与GaAs单被动调Q激光相比,双被动调Q可以产生更窄的脉冲宽度和更加对称的脉冲波形。Ⅲ首次实现了532nm内腔倍频Nd:LuVO4/KTP晶体AO—GaAs主被动双调Q和Cr4+:YAG-GaAs双被动调Q绿激光运转；理论计算中考虑了KTP晶体的走离效应,提高了理论计算的准确度；分析研究了GaAs和Cr4+:YAG饱和吸收体的小信号透过率与脉冲波形对称因子之间的关系,通过选择合适小信号透过率的Cr4+:YAG和GaAs进行组合,可以获得极为对称的脉冲波形。Ⅳ首次实现了平—平谐振腔1342nm Nd:GdVO4晶体AO—V3+:YAG主被动双调Q和V3+:YAG—Co:LMA双被动调Q激光运转。实验结果表明,与相同情况下单调Q激光相比,双调Q激光可以获得更窄的脉冲宽度以及更高的单脉冲峰值功率。考虑了激光增益介质的热透镜效应,建立了高斯近似下1342nm双调Q激光的速率方程组,数值模拟方程组的理论值与实验结果。此外,对相同小信号透过率下的双被动调Q激光和单被动调Q激光作了理论分析,结果表明即使具有相同的小信号透过率,双被动调Q激光仍能产生比后者更窄的脉冲宽度。V首次使用单壁碳纳米管作为饱和吸收体,实现了Nd:Lu0.33Y0.37Gd0.3VO4三掺混合晶体的被动调Q和540nm倍频Nd:SSO/KTP晶体被动调Q激光的运转；将单壁碳纳米管与EO结合,首次实现了Nd:Lu0.33Y0.37Gd0.3VO4三掺混合晶体的主被动双调Q激光的运转。