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大功率全固态皮秒激光器在国防、工业、医疗和科研等领域有着极为广阔的应用前景。如何获得稳定的、大功率并且拥有高光束质量的皮秒脉冲输出是其中的难点。本论文针对该难点，结合理论分析，深入研究了高平均功率、高光束质量全固态皮秒激光产生和非线性变频中的若干关键技术，包括半导体可饱和吸收镜锁模技术，热效应补偿技术与光束质量改善技术，高效倍频技术、高效和频技术和超连续谱产生的技术，取得了以下创新性成果。
1.半导体可饱和吸收镜皮秒锁模技术研究。选用Nd:YVO4晶体，研制成功了平均功率3W，重复频率73MHz，脉冲宽度20ps可长时稳定输出的被动锁模振荡器；首次使用陶瓷Nd:YAG材料进行了连续被动锁模试验，输出平均功率1.59W，重复频率约130MHz，脉冲宽度8.3ps。
2.大功率皮秒激光放大理论与实验研究。提出将Nd:YVO4和Nd:YAG激光晶体联合使用的新型多级放大方法，以利于获得大功率输出。在MOPA系统中，一级、二级采用Nd:YVO4晶体，成功获得了平均功率30W，重复频率73MHz，脉冲宽度20ps的激光输出，光束质量Mx2=1.06，My2=1.11，线偏振输出；三级放大使用Nd:YAG激光器，将输出功率提高到了93.1W，重复频率73MH，脉冲宽度20ps，国际先进；此外，还从理论上研究了皮秒脉冲再生放大，使用有限差分法，计算并模拟了再生放大过程，优化设计了大功率皮秒再生放大系统，为研制大能量皮秒激光器件奠定了良好的基础；
3.皮秒脉冲激光六倍频产生深紫外相干光源研究。研究了皮秒激光大功率倍频，大功率三倍频和六倍频技术。使用大功率皮秒激光器和非线性晶体LBO，获得了16W绿光532nm输出，倍频效率大于50％；使用大功率皮秒激光器和新型非线性晶体CBO，采用腔外和频技术，获得了5.4W紫外355nm输出，三倍频效率约20％；使用大功率皮秒355nm激光和新型非线性晶体KBBF，获得了1.5mW深紫外177.3nm输出，国际领先。
4.皮秒超连续谱产生实验研究。使用大功率1064nm和532nm皮秒激光和新型非线性光学材料光子晶体光纤(PCF)，获得了最大超过1000nm的