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高稳定高效率Nd:YAG(掺钕钇铝石榴石)半非平面单块激光器在光频率标准、洛伦兹对称性、激光干涉引力波探测等精密测量研究发挥着重要的作用,这些应用对激光的效率和功率稳定性的要求也在不断提高。在引力波探测中,探测激光光功率和功率稳定性是影响探测信噪比和灵敏度的重要因素。为了获得高效率高功率以及高功率稳定性的激光器,本研究围绕该型激光器的泵浦技术和功率稳定开展了实验和理论分析研究,并对相关性能参数进行了优化。论文首先以激光单块谐振腔为研究对象,分析了单块晶体的结构和热稳定性,为后续激光器的研制和性能优化打下了基础。通过分析激光晶体内热量的产生机理,计算了单块晶体的热透镜效应以及晶体内的热分布,激光谐振腔工作情况下的热稳定性。根据谐振腔内的热及单块谐振腔的稳定性分析,给出了单块晶体的相关结构参数优化值,并给出了优化建议。为了研究激光器效率和功率输出的限制因素,本文搭建了 1064nm Nd:YAG单块激光实验系统,首先沿用已有的808nm间接泵浦方式获得了激光输出,测量分析了激光的输出特性,确定了限制激光器效率和功率输出的主要因素。为了进一步提高激光的输出效率和激光输出功率,降低了激光器的能耗,首次尝试采用885nm直接泵浦方式与单块晶体相结合,搭建半非平面单块激光系统。通过采用885nm直接泵浦,单块激光器的出光斜效率从51.3%提高到了 76.9%,接近激光的理论斜效率极限79%。激光的最大输出功率从3.9W提高到了 4.5W,而且在3W功率输出从无法连续长期稳定运行到能够长时间稳定运行100小时以上。激光的光束质量M2为1.12,接近理想高斯光斑。此外还对激光的光谱特性进行了测量。在上述激光器研制的基础上,我们着重对激光功率稳定性进行了优化。在理论上建立了激光强度噪声模型,并从中到了强度噪声谱的理论值。对激光强度噪声进行了测量,噪声的测量值与理论模型得到的谱是相符合的。通过理论噪声模型,定量分析了激光强度噪声中各部分噪声对激光强度噪声的贡献,确定了激光弛豫振荡噪声和泵浦噪声是激光器强度噪声的主要来源。此外,还对激光弛豫振荡噪声特性进行了分析,讨论了激光弛豫振荡噪声抑制电路设计的详细方案。在实验上进一步研究激光强度噪声的抑制。设计和分析了采用光电反馈的方式进行激光强度噪声抑制的方案,通过高增益、宽带宽的电路分别对高频噪声(100kHz-5MHz)和低频噪声(～10mHz-100kHz)进行了主动控制。在 100kHz-5MHz实现了激光弛豫振荡噪声抑制,弛豫振荡频率处相对强度噪声从1E-5/Hz1/2降低到7E-8/Hz1/2,噪声抑制比超过40dB。在0.01Hz-10Hz处,相对强度噪声从1E-2/Hz1/2降低到了 2E-4/Hz1/2,接近空间引力波探测对激光强度噪声的要求;在100Hz-3kHz激光强度噪声从1E-5/Hz1/2降低到4E-7/Hz1/2,相对激光强度噪声接近激光的量子噪声极限;在2kHz-1 00kHz,强度噪声抑制从1E-5(1/Hz1/2)降低到1E-6(1/Hz1/2),还需要进一步提高抑制效果。通过该研究提高了激光的效率,延长了激光高输出功率运转时的长期稳定性和可靠性,也验证了两种不同泵浦方式下的激光的强度噪声特性。这些工作为高稳定高效率激光器的研制和性能优化在光频标、洛伦兹对称性检验和引力波探测中空间激光器的高稳定激光的应用打下了重要的基础。