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随着大功率高亮度激光二极管的迅速发展,近年来固体激光器取得了巨大的成就并且广泛应用到工业加工、激光通信、生物医学以及基础科学等各个领域。探索具有更高功率、更短脉宽的新型固体激光器具有十分重要的意义。其中薄片激光器由于具有极其优秀的散热性、能够输出极高的功率并且具有十分优秀的光束质量而越来越受到人们的青睐。针对这一背景,本文重点开展了高功率固体激光器的研究,包括采用新型光纤激光泵源泵浦的高功率固体激光器以及激光二极管泵浦的高功率飞秒薄片振荡器的实验研究,同时还对高功率薄片激光器的应用进行了实验研究。本文的主要内容及创新性体现在如下几方面:1.研究分析了新型Yb:GSO激光介质的特性,对比了二极管激光泵源与光纤激光泵源的性能。利用980 nm的光纤激光器作为泵浦源,实现了SESAM锁模和克尔透镜锁模的Yb:GSO振荡器。其中,高效率的克尔透镜锁模振荡器的最大输出功率为4W,脉宽为249 fs。振荡器的光光转换效率达到50%,是目前高功率克尔透镜锁模的块状固体激光器所获得的最高效率。2.搭建了SESAM锁模的高功率Yb:YAG薄片激光器。为了实现晶体上较大的激光模式,采用非对称的腔型结构,使用商用的SESAM获得了12.1 W,698 fs的超短脉冲激光输出,重复频率为57.4 MHz。振荡器输出的激光的光束质量因子M~2<1.1。相关结果已经发表在Chinese Physics B 25,054205(2016),并申请了国家发明专利(201510260423.1)。3.搭建了克尔透镜锁模的Yb:YAG薄片振荡器,获得了15 W,272 fs的超短脉冲输出,重复频率为86.7 MHz。使用功率计测量了输出功率的稳定性,在4小时内的功率抖动小于0.4%。相关结果已经发表在Chinese Physics B 25,094207(2016),并申请了国家发明专利(201510317077.6)。4.基于克尔透镜锁模的薄片激光器进行了倍频、超连续产生及光谱展宽的实验研究。在倍频实验中,使用LBO晶体进行倍频实验,获得了5 W的绿光输出,光光转换效率为60%。在超连续产生的实验中,将输出的激光注入到非线性PCF中,获得了高功率的超连续光谱输出。在光谱展宽实验中,通过大模场PCF将振荡器输出的光谱进行展宽,并通过GTI镜进行初步的压缩,最终获得了2.6 W,102 fs的超短脉冲激光输出。