闪光灯泵浦固体染料激光器在激光弹药、深海水下探测、大气雷达光源、美容美体等领域有着巨大应用价值。国外有关微秒级直管氙灯泵浦染料激光器的报导非常少,原因在于:染料纳秒量级上能级寿命与直管氙灯百微秒放电脉宽很难匹配,同时直管氙灯脉宽很难压缩;压缩放电脉宽、提升泵浦能量与放电电流波形实现临界阻尼振荡是相互制约的,很难同时实现;微秒级直管氙灯损伤阈值低,容易发生炸灯现象;在制备固体染料激光介质过程中,掺杂浓度提高会增加介质损耗并影响介质光学均匀性。浓度低则影响激光大能量输出。论文针对以上问题,对影响灯泵固体染料激光器大脉冲能量输出的泵浦源系统与固体染料激光介质做出了一些改进和完善,并进行了理论和实验研究。　　论文首先进行了微秒级直管氙灯泵浦染料激光器系统的设计和研制。在研究分析激光染料和快放电闪光灯的各项特性基础上，开展高泵浦转换效率激光器的研究与设计:(1)以快放电氙灯特性、氙灯管壁极限负载功率与破坏热能理论为依据,选择符合实验要求火花隙内触发电路和增强型预燃回路设计,并确定快放电氙灯各项参数,以此研制了驱动氙灯微秒级放电电源系统。通过对泵浦源各项特征参量进行对比测量,得出在泵浦氙灯极间距为100mm、充气气压为200Torr条件下,放电回路储能电容为0.5μF,双氙灯串联泵浦,预燃电流为1.6A时,泵浦源系统效率最高。电源性能方面,氙灯放电电流波形上升沿最短压缩到1.09μs,激光输出能量最高达到679mJ,稳定运行注入能量最高可达200J,放电电流波形接近临界阻尼振荡,为灯泵固体染料激光器大脉冲能量输出打下坚实基础。(2)采用光线追迹方法对不同条件下聚光腔辐照强度进行模拟分析,通过对比得出当介质侧面抛光,聚光腔为小尺寸聚四氟乙烯漫反射紧包腔时,聚光效率最高。同时它在由于介质或氙灯装配不当造成辐照强度下降比率方面也小于其它条件,能够保证激光器稳定高效运行。最终搭建了微秒级直管氙灯泵浦染料激光器系统。　　在低传输损耗、高掺杂浓度固体染料激光介质研究方面,通过对甲基丙烯酸甲酯聚合动力学研究,分析得到工业本体聚合法与国外报导采用本体聚合法的缺陷。针对这些问题,论文提出采用预先聚合方式制备固体染料激光介质新方法,得出采用预聚方式所制得固体染料激光介质相对于普通本体聚合法体积收缩减少20％-25%;介质内部均匀性好、透明度高;聚合时间为1天左右,远小于普通本体聚合3-5天的时间。论文在制备出固体染料激光介质的基础上，测量分析不同加工制备方式对激光介质端面平面度、传输损耗、光学均匀性、分子量分布的影响,得出:(1)采用金刚石车床抛光的介质端面面型好,平面度一致性高。(2)固体染料激光介质掺杂浓度与其光学均匀性没有太大的关联,但是制备方式影响较大,采用预聚方式聚合的介质光学均匀性要明显好于采用普通本体聚合法的介质。(3)采用凝胶渗透色谱测量不同加工制备方式激光介质分子量和分子量分布,最后得出采用预聚方式,没有进行老化退火处理,聚合时试管进行硅烷化处理的固体染料激光介质性能最适合激光大能量输出。(4)当固体染料激光介质掺杂浓度为2.0×10-4mol/L时,对632.8nm光的介质损耗最低为0.33%/cm,优于国外报导同条件介质的最高水平,解决介质高掺杂浓度条件下高传输损耗问题。　　在直管氙灯泵浦固体染料激光器大脉冲能量输出方面,由于液体染料激光介质具有均匀性好、便于制备等优点,论文首先开展灯泵液体染料激光器输出特性研究,得出:(1)注入能量增大会提升氙灯发射谱与染料吸收谱的重叠面积,有利于激光泵浦效率的提高;介质染料浓度过大,则会发生自吸收再发射现象,导致激光能量输出下降。(2)PM567和PM580乙醇溶液在染料摩尔浓度为2.5×10-4mol/L、染料池内径为6.5mm、采用聚四氟乙烯紧包型聚光腔和平平谐振腔时,斜率效率最高,分别为0.50%和0.36%;相同条件下, PM590在浓度为3.0×10-4mol/L时,实现最高斜率效率0.35%。在研制出微秒级放电泵浦源系统和优质固体染料激光介质的前提下,论文开展灯泵固体染料激光器能量输出特性实验研究,得出采用预聚处理方式,未采用老化退火,聚合时试管采用硅烷化处理的介质在直径7mm,掺杂浓度为2.0×10-4mol/L时,激光输出能量最大值为281.9mJ,最高斜率效率和光电转换效率为0.22%和0.14%,单位体积输出能量为66.59mJ/cm3,接近国外文献报导最高值的两倍。在归一化光学寿命方面,固体染料激光介质在泵浦21次后输出能量降为初始值50%,介质最高使用寿命为74.6kJ/L。