掺Yb³⁺晶体具有高的激光效率、较宽的荧光光谱和较长的荧光寿命，非常适合波长调谐、锁模和调Q运转。本文采用了三种最新的掺Yb³⁺晶体，对LD泵浦的b:GdCOB、Yb:LSO、Yb:GSO连续、波长调谐、调Q和锁模激光器进行了理论和实验的研究。首先，简述了LD泵浦的掺Yb³⁺全固态激光器的优点和发展现状，以及可调谐激光器和超短脉冲激光器在光谱学、生物医学、光信息、军事和精细加工等众多领域的广泛应用。在介绍Yb³⁺离子能级结构、光谱特性的基础上，计算了对应不同能级劈裂的晶体的理论阈值。建立了掺Yb³⁺晶体激光器的速率方程，对影响连续激光器输出功率的因素进行了分析，得到了各种优化值。给出了未镀膜薄片晶体吸收功率和吸收系数的精确计算公式。详细地介绍锁模的基本原理和半导体可饱和吸收镜的宏观特性和种类，SESAM启动锁模的机理。进行了Yb:GdCOB、Yb:LSO、Yb:GSO三种晶体连续运转的实验，并按照理论进行了晶体温度、长度、输出镜透过率、泵浦光和振荡光的模式和波长匹配这几个方面的参数优化。Yb:GSO获得了77mW的低阈值，据我们所知，这是目前世界上Yb:GSO激光器中阈值最低的纪录。采用不同透过率的输出镜进行连续光实验时，发现实验结果和理论符合得很好。分析了影响晶体热性能的几个因素，设计了一种测量热焦距的简单方法，并测得了Yb:GdCOB晶体的热焦距，进行了理论分析。采用三种腔型实现了波长调谐，分别是插入一个三棱镜的平凹腔、插入一个三棱镜的三镜腔、插入两个三棱镜和狭缝的三镜腔，并进行了各自腔型稳区和晶体上光斑的计算。从理论和实验上分析出最后一种腔型更适合用作波长调谐。计算了V型腔和五镜腔的稳区、晶体和SESAM上光斑半径、SESAM上的峰值功率密度，对腔的参数进行了优化，并做了SESAM被动调Q和锁模的激光实验，实现了V型腔调Q、五镜腔调Q的激光输出。