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高功率、光束质量好的可见光激光在工业、医疗和娱乐领域有着广泛的应用前景,调Q巨脉冲以及飞秒超快脉冲可见光激光器在精细加工和科学研究领域更是有着潜在的研究价值。通过使用激光偏振合束技术提高蓝光泵浦功率,并自行设计水冷装置对增益介质进行有效的热管理,本文实现了 GaN激光二极管(LaserDiode,LD)单端泵浦掺Pr3+氟化钇锂(LiYF4,YLF)晶体可见光绿光、橙光、红光和深红光波段连续波激光的功率提升,对应波长分别为523.0,604.1,606.9,639.4,697.8和720.9 nm。其中各个波段激光的平均输出功率均达到瓦级,640 nm激光的输出功率最高,达到2.3 W;所有波长输出激光的光束质量因子M2都在1.8以下。首次在不借助于etalon进行选频的条件下实现了 604 nm激光的连续波直接激射。从速率方程出发,数值模拟了 Pr:YLF晶体的能级系统,得到了激光输出功率特性曲线;针对橙光波段的基态重吸收效应,模拟了 604与607 nm谱线的增益竞争过程,并理论计算了实现谱线切换的阈值条件,计算结果与实验吻合。研究了 c轴切割Pr:YLF晶体的吸收谱和发射光谱特性,对吸收谱进行了 J-O理论分析;并首次获得了基于该增益介质的～696和～719 nm双波长同时连续波激射,从速率方程出发对双波长的输出功率特性进行了模拟。在对可见光波段连续波激光功率进行了优化的基础上,对调Q脉冲固体激光器进行了研究。借助于少层拓扑绝缘体(Topological Insulator,TI)硒化铋(Bi2Se3)和碲化镉/硫化镉(CdTe/CdS)量子点(Quantum Dot,QD)可饱和吸收体材料,实现了基于纳米薄片材料的Pr:YLF可见光高性能调Q固体激光器。其中TI Bi2Se3可见光调Q的波长为607、640和721nm,对应最窄脉冲宽度、最大脉冲能量和最高脉冲峰值功率分别为(263 ns,0.19 μJ,0.71 W),(210 ns,0.15μJ,0.73 W)和(368 ns,0.17 μJ 0.46 W);QDs CdTe/CdS 可见光调 Q 的波长为 522,607、640和721 nm,对应最窄脉冲宽度、最大脉冲能量和最高脉冲峰值功率分别为(195 ns,0.17 μJ,0.87 W),(295 ns,0.19 μJ,0.63 W),(226 ns,0.32 μJ,1.4 W)和(235 ns,0.21μJ,0.9 W)。获得的调Q性能是迄今为止纳米材料用于掺Pr3+可见光调Q激光的最好水平,在精细加工等领域有广阔的应用前景。对基于纳米薄片材料的Pr:YLF可见光被动调Q动态过程进行了速率方程数值仿真,得到了调Q激光功率特性曲线,理论分析了纳米薄片可饱和吸收体的各个宏观参数比如初始透射率、饱和能量、调制深度和厚度对输出激光调Q性能的影响。在连续波和调Q脉冲激光的基础上,对可见光波段的超快脉冲固体激光器进行了研究。利用LD双端泵浦腔型结构,实现了基于Pr:YLF的640 nm红光和522 nm绿光高功率自锁模激光器:平均输出功率分别达到了 1.44和0.68 W,相对于吸收泵浦功率的激光斜效率分别达到了 57.3%和29.9%,锁模重复频率为百兆赫兹量级。在实验的基础上,首次定量解释了 Pr:YLF可见光波段锁模激光器的Kerr透镜自锁模现象,对锁模机理进行了探究;用Kerr光强调制模型模拟出了自锁模脉冲,脉冲宽度为皮秒量级,与报道的Pr:YLF可见光锁模最窄脉宽相近[110]。定量分析了窄线宽增益介质中的增益谱凹陷现象在锁模脉冲形成过程中所起到的作用,仿真结果表明,增益谱凹陷有助于锁模脉冲的形成,但同时也会使光脉冲发生畸变从而展宽脉宽。受到增益带宽的限制,基于Pr:YLF晶体的锁模脉冲脉宽很难突破飞秒量级。Pr3+:CaF2晶体由于具有宽带的发射特性,在飞秒量级超快脉冲可见光激光领域有潜在的研究价值,但是其相对较弱的发射截面使其难以产生激光激射。实际上,至今仍未有基于Pr3+:CaF2晶体激光激射的报道。本文对Pr3+:CaF2和Pr3+,Gd3+共掺CaF2晶体的光谱特性进行了研究,通过在Pr3+:CaF2晶体中共掺入Gd3+离子对Pr3+离子进行电荷补偿,消除Pr3+离子的团簇结构、抑制Pr2+的产生,大大增强了晶体的荧光发射强度。在此基础上首次实现了基于Pr3+,Gd3+:CaF2晶体的642 nm连续波激射;并利用双端泵浦腔型结构提升了该激光谱线的输出功率,最高输出功率达到～70mW;定量分析了双端泵浦腔型结构对激光斜效率的提升作用。通过优化Pr3+,Gd3+离子的掺杂浓度配比、提升晶体的光学质量,并借助于更加优良的泵浦技术,将激光功率提升到百毫瓦,就有可能实现脉宽为飞秒量级的可见光超快脉冲激光。