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在众多激光器件中,高功率皮秒绿光固体激光器由于输出脉宽窄、峰值功率高、结构紧凑等特点,广泛应用于高精密加工、激光医疗、激光测距等领域。然而由于高功率皮秒激光在功率放大过程中存在的自聚焦效应极易造成光学元器件的损伤,导致超短脉冲固体激光较难获得高功率输出并且输出激光光束质量差。为获得高功率皮秒绿光输出,寻求提高倍频转换效率和改善百瓦级基频光光束质量的方法具有重要的研究意义。本文针对这些问题进行了相关实验研究,最终实现了千赫兹重频下的最高123瓦的1064nm皮秒基频光输出;并提出倍频合束方法,将倍频效率由48%提高到71%,获得了功率为33W、脉冲能量33m J的532nm皮秒绿光输出。论文内容主要分为以下几个部分。1、介绍了国内外脉冲串皮秒激光放大及倍频的研究现状和应用价值,包括产生机理和应用领域,介绍了本文的主要研究内容。2、对非线性光频率变换理论及高功率脉冲串皮秒激光的产生方法进行了介绍,推导了稳态和瞬态三波耦合方程,计算了LBO(三硼酸锂)晶体的临界相位匹配角和倍频最佳晶体长度。同时,对皮秒脉冲串的产生、再生放大和行波放大理论进行了分析与阐述,为后续实验部分提供了理论基础。3、阐述了关于激光晶体热效应的相关理论,对侧面泵浦条件下Nd:YAG晶体的温度、热应力等进行了数值模拟。设计了侧面泵浦Nd:YAG棒双模块单通放大器,利用光束整形镜有效的减少了放大级中光学元器件的损伤,在1k Hz的重频下,8W的脉冲串激光通过两级双模块单通放大后获得平均功率为123.6W的1064nm激光输出。4、介绍了非线性晶体热效应的相关理论。开展了高效率、高功率倍频实验,利用两块LBO晶体,通过Ⅰ类角度相位匹配,7W的脉冲串激光通过两块倍频晶体倍频并经过偏振合束后,共产生5W的绿光输出,总的倍频转换效率达到71.4%,并且通过改变两块倍频晶体之间光程差的方法,获得了不同形式组合波形的脉冲串倍频光输出。采用Ⅰ类角度相位匹配,一级放大产生的1064nm激光倍频后获得14.6W的绿光输出,倍频转换效率为45.6%,二级放大激光倍频后产生33W的绿光输出,倍频转换效率为38.4%。