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单纵模可见光激光具有极高的光谱响应度和信噪比,在精密测量、激光全息、激光显示等领域有着广泛的应用。而目前获得单纵模可见光激光的常用手段是通过对Nd:YAG或Nd:YVO4等激光器输出的近红外波段进行一次或多次倍频,系统光-光效率较低。Pr:YLF激光器的输出波段均在可见光范围,因此通过选模技术与Pr:YLF激光器进行结合是获得高效率单纵模可见光的有效途径。本论文以预激光理论为切入点,分析了预激光Pr:YLF激光器的内部工作原理及不同参数对预激光Pr:YLF激光器输出特性的影响。同时,以预激光技术、F-P标准具技术和预激光+F-P标准具组合技术分别实现639nm单纵模脉冲激光输出。具体开展的研究工作如下:在理论研究方面,通过对四能级速率方程组引入阶跃函数,建立了用来描述预激光行为的数学模型,并对预激光Pr:YLF激光器的粒子数演化过程开展了仿真研究,获得了反转粒子数及光子数随时间的演化规律;在此基础上,引入多模竞争理论对预激光技术中的模式演化过程进行仿真,获得了Pr:YLF预激光过程中的模式演化规律;同时,通过拉格朗日乘子法对预激光技术的速率方程进行求解,推导出其解析表达式,结合能量转化模型建立了含阶跃损耗、准稳态运行时间的超越方程,获得了不同参数下（腔长、单纵模调制深度、引入F-P标准具）预激光Pr:YLF激光器的输出特性。在实验研究方面,首先开展了Pr:YLF激光器的连续激光实验研究,谐振腔采用平凹腔结构,获得639nm红光最大输出功率为1W,光学效率为53%。应用以上谐振腔结构,进行了Pr:YLF激光器的脉冲激光实验,获得10kHz重频的639nm红光脉冲激光,激光阈值为0.56A,单脉冲能量为4.5μJ,脉冲宽度为93.7ns,输出功率为45mW。对不同重频下的实验结果进行分析发现,在重频10kHz时,激光器存在“增益不足”的现象。在此基础上,开展了预激光选模实验研究、F-P标准具选模实验研究及预激光+F-P标准具组合技术选模实验研究。预激光选模实验中,泵浦电流为0.72A时,获得重频为10kHz的639nm单纵模脉冲激光,单脉冲能量为30nJ,脉冲宽度为230.5ns。在实验中发现,当泵浦电流大于0.72A时,预激光技术无法获得单纵模脉冲激光,实验结果表明预激光技术存在能量注入上限。F-P标准具选模实验中,泵浦电流为1.6A时,获得重频为10kHz的639nm单纵模脉冲激光,激光阈值为0.9A,单脉冲能量为0.25μJ,脉冲宽度为144.8ns,输出功率为2.5mW,单纵模转化效率为5.6%。预激光+F-P标准具组合技术实验中,泵浦电流为1.6A时,获得重频为10kHz的单纵模脉冲激光,激光阈值为0.60A,单脉冲能量0.75μJ,脉冲宽度为120ns,输出功率为7.5mW,单纵模转化效率为16.7%。对比实验结果可以发现,预激光+F-P标准具组合技术克服了预激光技术中的能量注入问题。相比于F-P标准具技术,组合技术的激光阈值较低且其单纵模转化效率较高,为F-P标准具技术的3倍。对比实验与理论研究的结果可以发现,实验结果与理论吻合度较高,说明本文建立的理论模型可以合理的描述及解释预激光Pr:YLF激光器的内部运作机理。