超短脉冲激光可广泛应用于多个方面,具有广阔的发展远景。运用锁模技术的激光器可以输出拥有稳定的高峰值功率、窄脉宽的脉冲序列。但是目前自锁模技术尚未完全成熟,还存在一些问题:在横向空间上,锁模激光信号的脉冲重复频率易受横模干扰;在纵向空间上,锁模激光光谱易受空间烧孔效应的影响。为了解决以上难题,本文分别对其展开了研究。首先,本文实现了内置光阑的、基于多纵模拍频的高重复脉冲Nd:YVO4激光器以削弱横模干扰,并对其脉冲宽度和脉冲序列的振幅稳定性进行了研究,最终获得了稳定的高重频、窄脉宽的脉冲序列。为深入研究锁模机制,本文提出了具有可调谐腔长的自锁模Nd:YVO4激光器,探究在空间烧孔效应下的纵模分布,并分析其光谱和时域波形。最终在三种腔长下,实验获得了三种纵模振荡状态下的锁模脉冲序列。首先阐述了主动锁模、被动锁模和自锁模三种机制的启动条件及特点,推导了锁模脉冲的工作原理。进一步的,从电场角度分析了基本锁模、谐波锁模和多脉冲锁模的工作原理,通过仿真得到了对应的时域波形和频谱。此外,考虑到空间烧孔效应对纵模分布、脉冲序列的时域波形的影响,进一步优化了谐振腔结构,为输出优良的锁模脉冲激光奠定了基础。在对激光器F-P腔内多纵模振荡机制的研究中,本文提出了一种基于多纵模拍频的高重复脉冲Nd:YVO4激光器。实验发现,在多纵模Nd:YVO4激光器中,谐振腔内振荡的纵模越多,输出的激光脉冲持续时间越短。通过缩小腔内光阑孔径可以减弱横模干扰,提高激光脉冲序列的稳定性。当F-P腔长为88 mm时,通过微调Nd:YVO4晶体的热沉温度,实验获得了1.56 GHz脉冲重复频率、0.18 ns持续时间的激光信号。当抽运功率为6788 m W时,脉冲序列的平均输出功率为1605 m W,对应的斜效率和光转换率分别为31%和24%。在对谐振腔内空间烧孔效应的研究中,探究了自锁模激光器在空间烧孔效应影响下的各项特性。首先,从理论上分析了不同的纵模振荡状态和对应的光谱。实验中,通过调整谐振腔长和激光晶体的热沉温度,自锁模激光器实现了在相邻纵模、间隔纵模和多组纵模振荡状态下的正常工作,从光谱角度展开了对脉冲特性的一系列研究。实验结果表明,当抽运功率为6.5 W时,腔长从50 mm增加到70 mm和90 mm时,自锁模激光器依次经历了六个相邻纵模、四个间隔纵模和三组纵模振荡状态,平均输出功率从801.3 m W降低至701.3m W和603.6m W。实验还发现,空间烧孔效应对自锁模激光器的重复频率偏差和光束质量有轻微影响。本文对多纵模激光器的拍频机制和横模干扰、自锁模激光器的工作原理和空间烧孔效应,分别进行了理论推导和实验研究,成功研制了基于多纵模拍频的高重复脉冲Nd:YVO4激光器和基于空间烧孔效应的可调谐腔长的Nd:YVO4激光器,为进一步探索稳定的高重频锁模脉冲序列奠定了基础。在以后的实验中,将从输出镜角度、腔体结构、晶体位置、激光横模等方面继续研究锁模机制,为获得更稳定、更窄脉冲宽度的高重频理想锁模脉冲序列提供新方法。