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半导体泵浦高单脉冲能量，高重复频率皮秒激光器可应用于激光测距、雷达、生物学、激光光谱学、激光核聚变、超精细加工和致盲武器等领域。采用皮秒光源可精确测量同步轨道卫星距离，精度可达3 mm;可有效降低热扩散，实现良好的加工效果，提高加工精度。皮秒激光可以通过不同的锁模方式获得，如:主动锁模、被动锁模、主被动锁模、碰撞锁模、克尔透镜锁模等。随着技术的发展，现今也可以通过SESAM被动调Q微片激光器获得小于10ps的脉冲。目前，由于良好的工艺以及极高的稳定度和成熟度，半导体可饱和吸收镜（SESAM）被动锁模成为最广泛的锁模方式之一。 SESAM锁模输出的单脉冲能量低，限制了其在如上所述领域的应用。本文针对高重复频率高单脉冲能量皮秒脉冲展开研究，结合SESAM锁模技术、腔倒空技术、再生放大技术，获得稳定的单脉冲能量为1mJ的脉冲，并对相应的实验进行理论分析和数值模拟。全文分为4个章节。 第一章节，阐述了高重复频率高单脉冲能量皮秒激光器的应用价值;对比了纳秒、皮秒、飞秒脉冲作用于物质的区别;论述并总结了国内外研究现状;介绍了本文主要内容和研究来源。 第二章节，阐述了SESAM被动锁模原理，利用半导体激光器(LD)泵浦Nd∶YVO4晶体获得了重复频率74 MHz，脉冲宽度为9ps的锁模激光。实验并论述了由于标准具效应导致的输出激光脉宽展宽现象，并得出结论。 第三章节，介绍了SESAM锁模腔倒空原理并实验获得545 nJ的脉冲能量，之后通过优化获得了1μJ的脉冲能量;为了获得较好的SESAM锁模腔倒空，通过腔倒空实验对电光调制高压进行测试分析，得出高压的上升沿为3 ns。 第四章节，对种子进行放大的介绍，首先针对10kHz再生放大进行研究，为了进行对比也做了相应100 kHz下的再生放大研究。最后利用腔倒空和再生组合的方式获得了脉冲稳定性极高的皮秒脉冲序列，10 kHz的重复频率下获得了10.5W的平均功率，100 kHz的重复频率下获得了20.5 W的平均功率。