高功率、高重复频率纳秒脉冲激光广泛应用于激光切割、激光焊接等领域。随着激光重复频率的提升，特别是高于50 kHz时，单个周期有限的时间内难以积累足够的上能级粒子，调Q脉冲的稳定性成为了激光器设计的难点。当前主要采用主振荡器的功率放大器（MOPA）方案，直接振荡获得兼具高功率、高重复频率及高光束质量的纳秒脉冲激光还比较困难。通过对激光动力学过程的仿真模拟，定量分析了高重复频率调Q过程中脉冲强度稳定性与泵浦速率的关系，并利用负透镜使振荡器工作在具有较大基模体积的热近非稳区，实现了Nd:YAG声光调Q激光振荡器在高重复频率、高功率、高光束质量三方面的均衡设计。首次利用侧泵模块实现了100 kHz高功率高光束质量纳秒脉冲激光的直接振荡产生，脉冲强度的离散系数仅为0.041，激光输出功率超过142 W，脉冲宽度为165 ns，光束质量因子M²为1.5。

报道了高功率、高光束质量的垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)侧泵的Nd:YAG激光振荡器。从VCSEL泵浦源的主动冷却的热沉结构出发，设计了5个227 W的VCSEL线阵，并且通过优化侧面泵浦大口径激光棒的结构，研制成了具备480 W输出能力的棒状激光模块，相应的光-光效率为49.7%。在此基础上，设计了一种高功率、高光束质量的VCSEL侧面泵浦棒状Nd:YAG激光振荡器。腔内插入望远镜光学元件，并通过优化各光学元件的参数使其工作在热近非稳区域，以达到增大基横模体积和抑制高阶横模目的。最终，获得114 W的输出功率，相应的平均光束质量因子M²为1.42。由于VCSEL具备优秀的波长-温度稳定性，这种高功率、高光束质量的VCSEL泵浦的固体激光器在工业、空间等领域，具有极为广阔的应用前景。

对多种全固态激光中的光谱合成技术进行了探讨和研究，包括光纤激光、Yb:YAG板条激光和半导体激光。对于光纤激光，探讨了基于单个多层介质膜（MLD）光栅、一对MLD光栅、多个体布拉格光栅三种衍射光学元件的光谱合成技术中色散造成的光束质量退化问题，指出子束光谱线型的二阶矩全宽决定了光束质量的退化量，但所允许的光谱宽度又依赖于具体的技术选择途径。进而比较了三种光谱合成方案的优缺点。对于固体激光，实验演示了基于Yb:YAG晶体的板条激光实现光谱合成的原理可行性。通过设计一个基于MLD光栅的振荡器内的光谱合成装置，实现了7束子激光最高241 W的光谱合成输出，合成后光束质量β因子约4.1，表明大功率Yb:YAG板条激光具有通过光谱合束技术实现功率进一步提升的潜力。对于半导体激光，提出并设计了大模场外腔半导体激光+快轴光谱合成的技术。实验演示了9个1 mm宽LD芯片沿快轴方向的光谱合成，用β因子评价合成后的光束质量，在慢轴方向β≈6.3，在快轴方向β≈1.6，表明快轴光谱合成造成的光束质量退化是完全可控的。