1、2μm激光處于人眼安全波段和大氣的弱吸收帶，因此其在很多領域有著重要的應用，例如，大氣探測、自由空間光通信、激光醫(yī)療、激光雷達和光譜學等。特別地，脈沖輸出的2μm激光器是中紅外（3~5μm）和遠紅外（8~12μm）波段的光學參量振蕩器（OPO）和光學參量放大器（OPA）的高效泵浦源。中遠紅外激光在激光雷達、光電對抗、激光測距和紅外制導技術等方面具有非常重要的應用價值。為了滿足這些軍事、工業(yè)和農(nóng)業(yè)應用的需求，對高性能2μm激光器的研究是最

2、為關鍵的一步。近年來，以YAG、YLF和YAP等為摻雜基質(zhì)的單摻Ho激光器獲得了廣泛研究，本文通過對單摻Ho基質(zhì)激光器的各種技術途徑研究進展的對比分析，指出了各自的優(yōu)缺點，得到了利用摻 Tm固體激光泵浦 Ho:YAG激光器研究的必要性。因此，本論文致力于研究高功率連續(xù)及調(diào)Q運轉的Ho:YAG激光器，以期為高功率、高效率以及高光束質(zhì)量的2μm激光器的發(fā)展做出一定的貢獻。
　　對Ho:YAG晶體的吸收光譜和發(fā)射光譜進行分析，明確了Ho

3、3+的較強吸收峰位于1908nm附近，而且其峰值半寬度比較窄。因而為了保證Ho:YAG晶體對泵浦光有較強的吸收，要求泵浦光的波長比較穩(wěn)定性且輸出線寬比較窄?？紤]能量上轉換和基態(tài)損耗，通過 Ho:YAG的能級躍遷理論和激光產(chǎn)生機理，建立了雙末端面泵浦連續(xù) Ho:YAG激光器的準四能級速率方程模型?？紤]晶體工作溫度對玻爾茲曼占有因子的影響，利用速率方程模型，數(shù)值分析了基態(tài)損耗、能量上轉換、晶體工作溫度、泵浦光斑半徑、輸出鏡透過率、泵浦光光束

4、質(zhì)量和束腰位置以及晶體的摻雜濃度和長度對激光器輸出特性的影響。建立了脈沖 Ho:YAG激光器的速率方程理論，并利用此方程對影響輸出激光的單脈沖能量、能量提取效率和脈沖寬度等主要參數(shù)進行了理論分析。
　　為了給 Ho:YAG激光器提供泵浦源，利用體光柵和F-P標準具選擇波長并壓窄線寬的技術，對發(fā)射峰剛好處于Ho3+的較強吸收峰的Tm:YLF激光器進行理論與實驗研究。采用多晶體串聯(lián)技術并利用板條狀結構的Tm:YLF晶體，提高了Tm:Y

5、LF激光器總的泵浦功率和輸出功率。對兩種不同形狀的Tm:YLF晶體進行熱效應分析，并數(shù)值分析了泵浦光斑半徑對晶體溫度分布和晶體熱透鏡焦距在不同泵浦功率下的影響。在塊狀 Tm:YLF晶體的實驗研究中，獲得的最高平均輸出功率約為60.1W，斜率效率約為35.1％。在板條狀Tm:YLF晶體的實驗研究中，利用不同尺寸的板條晶體對雙晶體激光器輸出特性的進行對比研究，并對影響激光器輸出特性的泵浦及諧振腔參數(shù)進行實驗研究，得到輸出特性最佳的晶體以及泵

6、浦和諧振腔參數(shù)。在304.5W的泵浦功率下，雙板條晶體Tm:YLF激光器獲得了最高輸出功率約為108.0W，對應的斜率效率和轉換效率分別為39.0%和35.5%，輸出光譜的峰值半高寬度小于1nm，從閾值到最高輸出功率，激光輸出波長移動了0.3nm，光束質(zhì)量因子小于3。
　　對單晶體Ho:YAG的諧振腔的穩(wěn)定性和Ho:YAG晶體的熱透鏡效應進行了理論分析，并利用穩(wěn)腔條件實際測量了不同泵浦功率下 Ho:YAG晶體的熱焦距。理論分析了H

7、o:YAG晶體熱焦距對諧振腔穩(wěn)定性的影響。以設計的Tm:YLF固體激光器為泵浦源，對3種不同濃度和長度的Ho:YAG晶體的連續(xù)及調(diào)Q輸出特性進行對比實驗研究。同樣的泵浦參數(shù)和諧振腔參數(shù)下，摻雜濃度為0.8at.%且長度為45mm的Ho晶體獲得的斜率效率最大，為74.8%，在注入泵浦功率為83.2W時獲得58.7W的連續(xù)平均輸出功率，在調(diào)Q狀態(tài)下，重復頻率為20kHz時得到了2.9mJ的最高單脈沖能量，脈沖寬度約為31ns，對應的峰值功率

8、約為94.7kW。
　　在單晶體Ho:YAG激光器研究的基礎上，以設計的Tm:YLF固體激光器為泵浦源，采用多晶體串聯(lián)技術提高 Ho:YAG激光器的輸出功率。在單末端面雙程泵浦的實驗中，對泵浦光采用偏振片配合四分之一波片的方法解決了雙程泵浦的反饋問題，同樣的泵浦條件下，與單程泵浦相比，在斜率效率和轉換效率方面，雙程泵浦都分別高出了4.8個百分點，閾值泵浦功率也比單程低約2.6W。在雙末端面泵浦的實驗中，采用偏振片隔離技術，連續(xù)運轉