激光介质作为激光器的核心组成部分,决定了激光器输出的性能指标,探索研究新型激光介质的激光特性具有重要意义。新型Nd:GdTaO₄激光晶体具有较大的吸收带宽,适合半导体激光器（Laser Diode,LD）泵浦,较宽的荧光谱线适合锁模激光运转。调Q锁模激光技术将调Q技术与锁模技术结合,能够获得高重复频率、窄脉冲宽度、高峰值功率的脉冲激光。鉴于以上研究背景,本文利用直接泵浦技术研究了Nd:GdTaO₄晶体的调Q锁模激光输出特性。本文首先对被动调Q激光器和调Q锁模激光器的基本理论进行了研究,基于光强起伏机制讨论了被动调Q锁模Nd:GdTaO₄激光器输出峰值功率的影响因素,分析了调Q锁模脉冲包络宽度和锁模调制深度的影响因素。根据ABCD传输矩阵设计了适用于调Q锁模和调Q谐波锁模激光器的V形腔和Z形腔,分析了腔内振荡光束半径的变化,研究了激光晶体热透镜效应、像散等因素对谐振腔的影响。通过研究Nd:GdTaO₄晶体能级结构和吸收光谱,讨论了利用879 nm LD直接泵浦Nd:GdTaO₄晶体的可行性。实验测量了Nd:GdTaO₄晶体的损耗系数和热透镜焦距变化规律,分析了热效应和晶体损耗对激光器性能的可能影响。实验研究了879 nm LD泵浦Nd:GdTaO₄激光器的连续输出性能,激光波长为～1066.8 nm,最大输出功率5.6 W,光光效率为～43.7%。对比研究了Cr4+:YAG可饱和吸收体初始透过率对被动调Q脉冲激光器输出性能的影响,利用初始透过率为T0=85%的Cr4+:YAG晶体,脉冲1066 nm激光器的平均输出功率最大为3.6 W,脉冲重复频率达到185.0 k Hz,光束质量因子为Mx2=2.2、My2=1.5。基于V形腔结构,实验研究了879 nm LD泵浦Nd:GdTaO₄/Cr⁴⁺:YAG调Q锁模激光器输出性能的变化规律,使用T0=90%的Cr4+:YAG晶体,调Q锁模1066 nm激光器的最大平均功率达到4.8 W,调Q锁模脉冲重复频率为～200 MHz,锁模脉冲宽度为～1.9 ns。基于谐波锁模基本原理,通过改变谐振腔结构,在Z形腔结构中实现了高阶谐波锁模,解决了基波锁模中高重复频率和窄脉冲宽度不可兼得的问题。三阶调Q锁模1066 nm激光器的重复频率为～164.5 MHz,最大平均输出功率3.2 W,最窄锁模脉宽为～600 ps,最大调Q重复频率58.8 k Hz,最窄调Q脉宽257.7ns。实现了重复频率达到655.3 MHz的9阶谐波锁模1066 nm激光脉冲输出,并讨论了调Q锁模激光器输出性能随腔长的变化规律。