激光二极管(Laser Diode,LD)泵浦的全固态绿光激光器结合调Q技术和直接泵浦技术,不仅可以缓解泵浦光带来的热效应提高激光器的光学转换效率,而且可以有效缩短激光器的腔长从而产生高峰值功率、重复频率和窄脉宽的绿光脉冲,同时保证激光器结构相对简单易于实现激光器的小型化。为了在LD直接泵浦Cr,Nd:YAG/GTR-KTP腔内倍频自调Q绿光激光器中实现高效稳定绿光输出,本论文从倍频晶体长度、腔长、增益介质的Nd3+离子掺杂浓度等方面进行了相关实验和理论研究。首先,本论文阐述了 LD泵浦的全固态绿光激光器的研究进展,并指出传统方法产生绿光的不足和存在问题。然后论述了非线性光学频率转换相关理论以及分析了影响非线性光学频率转换效率的因素,并对激光晶体Nd3+掺杂浓度对其荧光寿命、吸收系数以及荧光量子效率的影响进行分析讨论。其次,在激光倍频实验中采用腔长为13 mm、7 mm长的GTR-KTP晶体及5 mm长的Cr,Nd:YAG晶体,在室温下实现了高效稳定脉冲绿光激光输出。当吸收泵浦光功率为1.65 W时,获得了 200mW的绿光输出,相应的光光转换效率为12.1%,该光光转换效率为同条件下所知最高转换效率。同时获得了脉冲能量大于8μJ、脉冲宽度为8.8 ns、峰值功率超过1 kW的脉冲绿光激光输出。当Cr,Nd:YAG/GTR-KTP腔内倍频自调Q绿光激光器的平均输出功率为131 mW时,绿光激光器可在室温下连续运行2小时,平均输出绿光功率抖动小于2.1%。最后,利用腔内倍频自调Q激光器速率方程组进行模拟计算,并与实验结果进行比较分析。在模拟结果和实验基础上进一步模拟了不同Nd3+掺杂浓度和长度的增益介质对泵浦阈值功率和输出倍频功率的影响,当泵浦功率为2 W时,在Nd3+掺杂浓度为3 at.%、长度为6 mm时获得最大输出倍频功率。此时倍频输出功率可以达到380 mW,相应的光光转换效率为19%,绿光激光性能得到有效提升。这为之后的GTR-KTP腔内倍频Cr,Nd:YAG自调Q绿光激光器高效稳定的设计及优化提供理论依据,也为实现高效、短脉冲的小型化绿光激光器提供了一种新方法。