高平均功率超短脉冲固体激光在精密加工、医疗以及科研领域都有着重要的应用。由于高平均功率超短脉冲激光同时具备了高平均功率和高峰值功率，在激光放大过程中不仅要考虑激光介质的热效应，还要考虑高峰值功率对光学器件的损伤。因此，获得高平均功率超短脉冲固体激光面临着比高功率连续或者长脉冲固体激光更大的挑战。在高平均功率皮秒固体激光领域，本文针对皮秒激光种子以及放大过程中的难点和关键技术进行了深入的研究。系统地研究了SESAM被动锁模技术、再生放大技术、行波放大技术:包括Innoslab结构脉冲激光行波放大技术、zigag结构板条脉冲激光行波放大技术，并综合利用这些技术的特点与优势获得高平均功率皮秒激光输出。使用SESAM被动锁模技术获得皮秒脉冲种子激光;使用再生放大技术获得系统中最大的增益，使皮秒脉冲种子激光的单脉冲能量从纳焦量级增加到百微焦量级;使用Innoslab皮秒激光放大技术将皮秒脉冲激光单脉冲能量提高到数毫焦量级;采用zigag板条皮秒激光放大技术将皮秒脉冲激光单脉冲能量提高到几十毫焦量级。在短纳秒脉冲领域，研究了腔倒空技术，获得脉宽在几个纳秒的激光脉冲输出等。取得的创新性成果如下:　　1.采用880 nm半导体低量子亏损泵浦技术和键合晶体技术，首次实现了SESAM被动锁模1341 nm Nd∶GdVO4皮秒激光输出。获得平均输出功率为1.27 W，脉冲重复频率为85.3 MHz，光-光转换效率和斜效率分别为8.8％和33.3％，脉宽为45 ps，光束质量因子M2为1.15，为高斯基模输出。　　2.综合利用SESAM被动锁模技术、再生放大技术、Innoslab结构脉冲激光行波放大技术，成功地获得了23.9W的高平均功率高能量皮秒脉冲激光输出，脉冲重复频率为5 kHz，单脉冲能量约为4.78 mJ，脉冲宽度约25 ps。测得光束质量因子M2在x方向为4.37，y方向为2.44。　　3.采用zigag结构板条激光行波放大技术进行了高平均功率高能量皮秒激光的放大研究。通过理论计算和优化设计zigag板条晶体激光头结构和泵浦耦合系统，获得了平均功率高达194 W的皮秒脉冲激光输出，脉冲重复频率为5kHz，单脉冲能量为38.8 mJ。该指标处于国际领先水平。　　4.提出了一种采用Innoslab结构增益介质的再生放大激光技术，结合Innoslab结构激光放大技术和再生放大技术的优点，有望成为获得高光束质量高平均功率的超短脉冲激光的新途径。针对该技术提出了光束匹配方法并进行了数值计算，显示该技术可以获得数十W的平均功率输出。利用现有条件做了缩比例验证实验，在5 kHz脉冲重复频率下成功获得平均功率1.82 W皮秒脉冲输出，1 kHz脉冲重复频率下获得平均功率0.43 W皮秒脉冲激光输出，初步验证了该方案的可行性。　　5.使用电光腔倒空技术，首次实现了880 nm半导体泵浦1342 nmNd∶YVO4短纳秒脉冲激光输出。在脉冲重复频率从2 kHz-10 kHz变化时，输出腔倒空激光脉冲宽度保持在4.7±0.1 ns，这是在1.3μm波段半导体泵浦固体激光器中使用主动器件获得的最短脉宽。在脉冲重复频率为10 kHz时，最高输出功率和峰值功率分别为3.2W和68 kW，相应的光-光转换效率为12.3％;在脉冲重复频率2 kHz时，最大峰值功率达到117 kW。在腔倒空输出功率为3.2 W时测得激光光束质量因子M2小于1.25，为高斯基模输出。相关结果已投稿至Optics Letters。