2μm波长的铥激光器在激光雷达、激光测距、激光医疗等领域具有良好应用前景。铥离子激光上能级具有很长的能级寿命,与掺铥光纤激光器相比,调Q全固态Tm:YAG激光器更容易得到很强的脉冲能量,对铥激光在微创手术中向硬组织消融拓展及激光探测应用都具有重要意义。本文围绕高效率、高功率Tm:YAG激光器开展研究,首先根据Tm:YAG晶体的能级结构分析了Tm:YAG激光器准三能级运转特性,建立激光器的速率方程,通过模拟激光器运转过程中各能级粒子和激光器谐振腔内光子数的实时变化分析了输入及冷却条件对激光输出的影响规律,结果表明冷却温度对激光输出产生巨大影响,适当降低冷却液温度可显著提高激光输出效率;通过调Q速率方程模拟了激光器的脉冲特性,得到调Q固态Tm:YAG激光器强激光脉冲。鉴于温度对激光器输出的影响,为了在适当降低冷却温度时防止Tm:YAG晶体两端凝结水汽而提出晶体两端套加热套筒的创新性设计;在此种新型条件下建立三端侧面泵浦固体Tm:YAG激光器的温度、应力数学模型,采用有限差分法对Tm:YAG的温度场和应力分布进行了数学模拟,分析了泵浦功率、泵浦耦合结构等对温度、应力及热透镜效应的影响规律,分析了减少热效应的方法,为进一步实验提供理论基础。在理论分析的基础上设计激光实验系统进行连续激光输出实验,研究了不同泵浦功率、冷却水温度及不同输出镜透过率条件下,Tm:YAG激光器的输出规律,分析了各参数对激光输出的影响;在泵浦光功率为765W条件下,实现连续激光输出功率178W,光光转换效率超过22%,为进一步脉冲激光实现奠定了基础。