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全固态激光器蕴含了半导体激光器(LD)与固体激光器的各种优点,具有平均和峰值功率高、转换效率高、光束质量好、结构紧凑、性能稳定、体积小、寿命长、激光输出波段广和工作方式多样等特点。被广泛应用于激光精细加工、激光通信、激光雷达、生物医学、大气探测和军事等众多领域。本文主要以中心波长为976 nm的半导体激光器来泵浦吸收截面大、发射截面范围宽的Yb:CALGO激光晶体,使用BBO(偏硼酸钡)和Mg:LN(掺镁铌酸锂)晶体分别与输出镜组成的非线性镜作为锁模元件,研究了Yb:CALGO激光器的连续、脉冲、可调谐等性能。主要内容如下:1.主要介绍了全固态激光器的发展历程和锁模技术的基本原理,分析了激光谐振腔的基本理论并介绍了谐振腔的设计方法。还详细介绍了实验中用到的激光增益介质Yb:CALGO晶体与非线性晶体BBO及Mg:LN晶体。2.介绍了非线性频率变换中的相位匹配理论及相位匹配方法:双折射相位匹配(Birefringent phase matching,BPM)。由非线性晶体与输出镜组成的非线性镜及其锁模原理,并简单介绍了非线性镜锁模超快激光器的研究进展。3.以中心波长为976 nm的半导体激光器泵浦Yb:CALGO晶体,并搭建了“Z”型折叠腔,基于双折射相位匹配的I型相位匹配BBO晶体和二向色镜,形成了用于被动锁模的非线性镜,实现了稳定的1052 nm超快激光输出,平均输出功率达到1.78 W,光光转换效率为22.6%,重复频率为116 MHz,锁模激光的光谱带宽为1.2 nm。4.在BBO非线性锁模激光器的基础上,使用有效非线性系数更大的MgO:LN晶体替代BBO晶体,并在腔内加入以布儒斯特角放置的双折射滤光片用于波长调谐。在连续波(CW)工作下,波长可调谐范围可达45 nm,并可在1039至1062 nm的23 nm范围下进行锁模操作,锁模激光器的最大输出功率达到了1.46 W,光光转换效率为18.6%。在1049nm处的输出脉冲持续时间约为8 ps,重复频率为115.5 MHz,锁模激光的光谱带宽为1.7nm。