亚纳秒固体激光器具有精度高,速度快,热作用范围小等特点,被广泛应用于激光微加工、激光诊断、空间通讯和非线性光学等领域。为获得百皮秒、高重复频率、高光束质量的脉冲输出,本文对基于Nd:YAG/Cr4+:YAG键合晶体的短腔激光器进行理论和实验研究。首先对固体激光器的应用背景、发展方向展开介绍,发现短腔激光器在高功率热管理、窄脉宽输出上有着巨大的优势。对不同泵浦方式的短腔激光器研究现状展开调研,由于脉冲光泵浦在泵浦时间上具有间歇性,利用脉冲光泵浦的方式对于实现高光束质量的百皮秒激光器输出具有重要研究意义。然后对Cr4+:YAG晶体的能级结构进行分析,根据各能级粒子数目的变化对被动调Q的速率方程组进行数值求解,理论分析了泵浦聚焦光斑直径、增益晶体吸收系数和初始透过率等参数对激光器输出性能的影响。同时,从温度场理论出发,对Nd:YAG晶体的热效应问题展开研究。具体分析了泵浦功率、泵浦光聚焦直径、环境温度和晶体长度对晶体热效应的影响,对键合晶体的设计具有指导意义。之后对连续光泵浦的短腔激光器进行实验,探究了晶体长度、泵浦光聚焦直径和泵浦光中心波长对激光器的脉冲宽度、重复频率和能量等性能的影响。当泵浦光中心波长为808 nm时,使用晶体长度越短、泵浦光聚焦直径越小,越有利于百皮秒量级的激光输出。在4.5 W的泵浦功率、泵浦光聚焦直径为180μm下,使用长度为3.5 mm的键合晶体,实现了840 ps的激光输出,重复频率为6.5 k Hz。针对连续泵浦输出脉冲在激光强度波动性大和时间不稳定的问题,理论上分析了脉冲泵浦对于提高输出脉冲能量稳定性的可行性。利用脉冲光泵浦的方式,探究泵浦光在增益晶体上的聚焦位置对激光器输出参数的影响,并在不同脉冲宽度和重复频率下对高重频窄脉宽激光器输出性能进行研究。在50μs泵浦脉宽下,泵浦光聚焦在Nd:YAG晶体内部0.8 mm,输出激光强度、时间稳定性较连续泵浦方式得到极大的改善。最终实现了输出频率为1 k Hz,输出脉冲能量为0.5 m J,能量不稳定性为1.27%,光束质量为Mx~2=1.04,My~2=1.03的被动调Q激光输出。