3μm波段中红外激光器在医疗、遥感、大气环境监测以及光电对抗方面有着重要应用。随医疗行业不断进步和人们对健康要求的不断升级,3μm波段激光由于对水强烈的吸收作用,在医疗行业,尤其是牙科和外科手术中占有越来越多的作用。在大气探测方案中,3μm对大气中水汽变化的检测十分敏感,可作为环境监测的良好工具。除此之外,3μm波段激光由于可作为中远红外激光器的泵浦源,在光电对抗和激光雷达的发展和研制中有着重要应用。掺杂Ho³⁺的激光介质输出3μm波段激光的研究尚在起步阶段,近年来,Ho³⁺、Pr³⁺双掺杂,基质为LiLuF₄的晶体通过Czochralski方法生长,同时成功输出3μm波段激光。作为一种新的输出3μm波段激光的手段,增益开关Ho,Pr:LLF激光器输出特性研究很有意义。由此,本文的研究内容可以概括为以下几个部分。首先,以Ho,Pr:LLF晶体的物理特性和光谱特性出发,研究Ho³⁺离子的能级结构和离子跃迁机制,建立Ho,Pr:LLF激光器三能级系统速率方程,并对线形腔Ho,Pr:LLF激光器不同输出镜透过率对输出特性的影响进行分析。其次,根据Ho,Pr:LLF晶体吸收特性,搭建KTP光学参量振荡器作为Ho,Pr:LLF激光器泵浦源。以非线性晶体准相位匹配条件为理论依据,计算KTP晶体在532 nm激光泵浦条件下输出1190 nm波段激光的晶体切割角,通过仿真设计KTP OPO的谐振腔型,并仿真计算KTP光学参量振荡器的腔内光斑分布。结合仿真,通过实验获得最大输出单脉冲能量为4.4 mJ、脉宽8.2 ns、中心波长为1191.9 nm的激光输出。对实验结果进行测量和论证。最后,搭建Ho,Pr:LLF激光器,进行Ho,Pr:LLF激光器谐振腔的设计,通过仿真计算得到模式匹配下的谐振腔长。正常运转时,获得最大输出单脉冲能量为102μJ,激光脉宽为33 ns,中心波长为2958 nm,峰值功率最大为3.1 kW的激光输出。光-光效率和泵浦斜率效率分别为1.5%和2.6%。在最佳输出条件下,输出激光脉冲宽度随泵浦能量的变化从96 ns到33 ns。针对泵浦源的1.19μm激光和输出的2.95μm激光的脉冲时序,从增益开关的特性出发,深入分析Ho,Pr:LLF激光器的增益开关特性,给出实验的分析结果。本文是对于新型晶体Ho,Pr:LLF固体激光器的输出特性研究,同时使用增益开关法获得了目前此类研究中峰值功率最大的激光输出,对3μm激光的应用有一定价值。