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高功率高光束质量全固态激光器(DPL)在先进制造、激光医疗和前沿科学等众多领域有着广泛、重要的应用，已成为国内外激光领域研究的热点之一。如何在提高激光输出功率的同时保持高光束质量，是激光研究领域的根本问题之一。本论文针对这一问题，对高功率高光束质量DPL的若干关键技术开展了理论分析和实验研究，采用板条激光主振放大(MOPA)技术，成功实现了平均功率10kW的高光束质量准连续激光输出，并在此基础上用非相干时序合成方法进行了三束脉冲激光的合成实验，为同时实现高功率与高光束质量固体激光输出提供了一条可行的技术途径。本文的主要创新性成果如下:
1.百瓦级TEM00模全固态Nd:YAG激光振荡器研究。对激光二极管(LD)侧泵棒状激光模块结构优化以改善增益分布，采用热致双折射效应补偿技术和热近非稳腔技术改善激光的光束质量，成功获得百瓦级1064nm准连续Nd:YAGDPL，输出功率达101.4W，光束质量为M2～1.1，光光转换效率为29.4％。
2.高光束质量10kW级板条MOPA准连续激光技术研究。根据数率方程，建立了种子光经放大器稳态单、双程放大的数值模型，在不同种子光功率下计算了种子光在5级7程放大过程中每程的提取功率;研制了高泵浦效率、高冷却效率的侧泵Nd:YAG板条模块，当泵浦功率6.8kW时，单板条模块激光输出功率2.75kW，斜效率高达42％;以百瓦级TEM00模激光振荡器作为种子源，侧泵结构的Nd:YAG板条作为高功率放大级，进行了5级7程的放大实验，使用空间滤波、像传递及自适应光学等技术改善激光光束质量，并成功获得10kW级的高光束质量1064nm激光输出。
3.非相干时序合成技术研究。在成功研制10kW级高光束质量准连续DPL的基础上，介绍了几种非相干时序合成方法，可对多路脉冲子激光进行共轴合成，在保持光束质量基本不变下，提高平均输出功率;通过仿真模拟和实验测量，对合成介质选型、指向抖动控制及同步精度控制关键技术进行研究;开展了1束10kW激光和2束100W激光的非相干时序合成实验，功率合成效率高达99％，并保持较好的光束质量。实验结果表明，采用时序合成方法对多束准连续激光进行合束是同时实现高功率与高光束质量固体激光输出一条可行的技术途径。