本论文的内容分为两个部分，其中前五章的内容是作者作为浙江大学和德国柏林工业大学(Technische Universitat Berlin)联合培养的博士研究生，在柏林工业大学光学与原子物理研究所进行的为期两年的研究工作，主要内容是大功率高亮度固体激光器及其谐波的产生；第六章的内容是作者在攻读博士学位前一年半期间在国内所从事的工作，受篇幅所限，主要总结了针对外腔反馈的半导体激光器进行的一些理论研究。论文的第二章至第四章对闪光灯连续抽运的、大功率高亮度、KHz量级高重复频率的调Q固体激光器进行了理论和实验的研究。固体激光器中的热致双折射效应严重地限制了基模输出功率的提高，为了获得大功率高质量的激光输出，需要对热致双折射效应进行补偿。文中首先在理论上对双棒在腔内串接补偿热致双折射效应的条件进行了改进，然后通过设计合理的腔结构和腔内元器件，应用4f成像系统空间滤波器并考虑石英旋光器的厚度，使得腔内光束的退偏率降至2.5％以下，在基模输出的情况下，退偏率可以降至1％以下。使用矩阵光学的方法简化了对含有这样一个复杂光学系统的谐振腔稳定性和腔内光束半径等特性的分析。设计并实现了大基模体积动态稳定腔，理论分析了内含辅助透镜的谐振腔的设计方法。通过在腔内加入一个正透镜来扩大基模体积，使用双氪灯连续抽运的Nd：YAG激光器，实验中得到了61W的基模输出，光束质量因子M~2为1.4。实验表明在大基模体积谐振腔的设计中，双折射效应的补偿时十分必要的。加入声光调Q开关，在脉冲重复频率为18kHz的情况下，输出功率为54W，脉冲宽度为240ns。理论和实验研究了声光调Q开关在腔内的位置对于腔内光强分布的影响，解决了调Q激光对于腔内元件的损伤问题。研究了固体激光器中热透镜的球差效应及其对激光器性能的影响。使用Fox-Li的迭代算法计算了球差效应作用下激光谐振腔的本征模，并分析了在不同谐振腔结构的条件下，球差效应对腔内光束单程损耗因子以及激光器的输出功率、光束质量等性能的影响。计算表明，在大基模体积的动态稳定腔中，即使很微弱的球差效应，都会使激光器的基模产生旁瓣，理论分析表明，光束填充因子是动态稳定腔的设计中的一个重要因素，选择恰当的填充因子，既可以获得较高的输出功率，又可以保证输出光束的光束质量。最后，通过实验结果验证了上述理论分析，理论计算和实验结果符合的很好。在上述研究的基础上，论文的第五章分别使用KTP晶体和BBO晶体对红外光进行了频率转换的研究，产生了二次谐波的绿光和四次谐波的紫外光。在二倍频的实验中，实验测量了灰迹效应产生的阈值和对倍频后绿光的光束质量的影响，表明了实验中影响灰迹效应的主要因素是KTP晶体出射面上的绿光功率密度的大小，通过调节晶体与会聚透镜的距离，成功地消除了灰迹效应，在基频光调Q输出42W的条件下，获得了18W的绿光，转换效率为44％。最后使用BBO晶体进行四倍频，获得了紫外光功率为1.9W。最后一章中讨论了外腔反馈对半导体激光器输出光束质量的变化，以及外腔反馈对半导体激光器的阈值电流和输出功率等振荡性能的影响。首先从理论上分析了外腔反馈对BAL半导体激光器空间模式的影响，导出了反馈注入外腔BAL输出激光的光场分布。然后通过有效反射系数的引入，根据激光腔谐振的自再现条件和对腔内光子密度、载流子密度方程的求解，分析了外腔反馈对半导体激光器的阈值增益、输出频率和输出功率等振荡特性的影响。