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以可饱和吸收体为Q开关的中红外2μm波段被动调Q脉冲运转Tm/Ho固体激光器结构简单、紧凑、体积小、输出脉冲短、峰值功率高，其输出波长处于人眼安全谱带和大气透明窗口，在材料加工、激光测距、激光雷达、金属痕量检测、环境遥感探测、医学治疗等领域有重要应用前景。本论文以获得高效率、高能量、短脉宽的稳定2μm被动调Q脉冲激光输出作为出发点，从理论和实验方面详细研究了液氮制冷条件下Tm,Ho共掺钒酸盐(Tm,Ho:YVO4和Tm,Ho:GdVO4)激光晶体的连续波激光特性，并以Cr2+:ZnS晶体作为可饱和吸收体，对比研究了Tm,Ho:YVO4和Tm,Ho:GdVO4激光器的被动调Q性能，最终实现了高效率、较高能量、较短脉宽的稳定调Q脉冲激光输出。简单对比了2μm掺Tm3+/Ho3+激光晶体的特点，对连续波Tm,Ho共掺钒酸盐激光器和被动调Q脉冲运转Tm3+/Ho3+激光器的研究现状和发展趋势进行了系统介绍和分析，给出了Tm,Ho共掺钒酸盐晶体的优势及各种可饱和吸收体的特点，明确了以Cr2+:ZnS晶体作为可饱和吸收体的Tm,Ho共掺钒酸盐被动调Q激光器的优势和研究潜力。对连续和被动调Q脉冲运转Tm,Ho共掺钒酸盐激光器进行了详细的理论研究。根据测量的Tm,Ho:YVO4和Tm,Ho:GdVO4晶体的荧光光谱，计算了晶体在2μm附近的受激发射截面；根据Tm,Ho共掺激光系统的能级跃迁机制，建立了描述Tm,Ho共掺激光系统的准四能级速率方程模型，以Tm,Ho:YVO4晶体为例，分析了晶体温度与晶体参数关系，在此基础上，对准四能级速率方程进行了数值求解，讨论了泵浦光与谐振腔振荡光的模式匹配、输出镜透过率、协作上转换损耗、晶体掺杂浓度比和晶体工作温度等参数对激光器输出特性的影响。建立了描述被动调Q激光器的理论模型，通过对速率方程的求解，模拟了被动调Q激光器的脉冲形成过程，讨论了谐振腔振荡光斑、泵浦光斑、输出镜透过率等参数对被动调Q激光器输出脉宽和能量的影响。除此之外，基于热传导方程建立了激光晶体的温度、应力分布模型，分析了低温制冷下晶体内不同位置处温度和应力分布情况；利用ABCD矩阵理论，分析了激光器谐振腔的稳定性和晶体中心光斑与谐振腔长、端镜曲率的关系，为设计连续及被动调Q脉冲运转的光学谐振腔以及实验结果的分析提供理论依据。从实验上详细研究了Tm,Ho:YVO4和Tm,Ho:GdVO4激光器在连续及被动调Q脉冲运转模式下的输出特性。通过改变输出镜位置及谐振腔腔镜曲率从实验上分析了模式匹配、谐振腔长、输出镜透过率等参数对Tm,Ho:YVO4激光器输出功率、效率的影响，并利用光谱数据计算了不同反转粒子数比率下晶体的增益系数，从理论和实验上分析了不同输出镜透过率下Tm,Ho:YVO4晶体的输出激光光谱；以Cr2+:ZnS晶体作为可饱和吸收体实现了被动调Q Tm,Ho:YVO4激光器的脉冲输出，从实验上细致分析了可饱和吸收体上的光斑、激光晶体光斑、输出镜透过率，以及谐振腔长等参数与被动调Q激光器的平均功率、脉冲宽度、能量、峰值功率等输出参数的关系。除此之外，利用Cr2+:ZnS晶体作为可饱和吸收体，研究了Tm,Ho:GdVO4激光器的被动调Q性能，并与相同腔型的Tm,Ho:YVO4激光器的输出特性进行了对比分析，发现相同条件下，被动调Q Tm,Ho:GdVO4激光器能够获得更窄的脉宽、更高的能量和峰值功率；进一步通过泵浦光斑的优化设计，降低了被动调Q Tm,Ho:GdVO4激光器的输出脉冲重复频率，获得了37.7ns脉宽、0.53mJ单脉冲能量、14kW峰值功率的输出脉冲，被动调Q激光器的斜率效率为27.3%，Q开关效率为63%。