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人眼安全的2μn波段激光器因处于大气窗口,对应水的吸收峰,在相干探测、激光雷达、激光医疗、高分辨率分子光谱以及光电对抗等领域都有着极其重要的应用价值。并且该波段激光还是光参量振荡(OPO)产生中红外3-5μn激光的重要光源。因此,2μm波段激光器吸引了越来越多的研究瞩目。新型材料石墨烯因其特殊的狄拉克电子零带隙结构,具有调制深度深,快载流子弛豫时间,低线性吸收损耗,工作范围宽(可见光-太赫兹)等优点,被认为可代替传统可饱和吸收材料应用于超短脉冲激光设备,尤其是2μm长波波段激光中。本论文对于石墨烯在2μm波段多种结构与不同泵浦方式的调Q与锁模激光器的输出特性进行了系统的理论与实验研究。并基于石墨烯和体布拉格光栅(VBG)创新性地提出结构简易的单频调Q Tm：YAP激光器和波长宽带可调调QTm：YAP激光器设计方案。主要研究内容如下：(1)石墨烯被动调Q Cr:Tm:Ho:YAG激光器理论实验研究理论分析了灯泵Cr:Tm:Ho:YAG激光系统中的泵浦方式、聚光腔设计、谐振腔结构、冷却系统、工作物质等方面对Cr:Tm:Ho:YAG激光系统的参数选择影响,并实验对比了不同参数选择对激光输出特性的影响。实现了石墨烯被动调Q的Cr:Tm:Ho:YAG激光器并研究了其输出特性,获得了超过5W调Q激光输出。建立了石墨烯调Q Cr:Tm:Ho:YAG系统的速率方程,理论计算结合数值模拟解释了实验中脉冲序列出现的脉冲分立,即子脉冲现象。(2)由Tm:YLF激光共振泵浦的石墨烯被动调Q Ho:YAG激光器实验研究从晶体发光机理出发,结合速率方程理论,研究了由Tm:YLF激光共振泵浦Ho:YAG激光器的输出特性,并分析这种双晶体激光器热效应对于输出脉冲的影响。利用自制的易用、低损耗、高质量和稳定性的石墨烯可饱和吸收器件,实现了Ho:YAG激光调Q输出。最高输出功率为572m W,脉冲宽度632ns,单脉冲能量13.3μJ,脉冲重复频率为43.2kHz,对应的斜率效率为26.1%。(3)基于石墨烯的Tm：YLF锁模激光器实验研究研究了石墨烯的调制深度、饱和通量和锁模建立时间等重要参数并分析了其对于超快激光的影响。理论分析了锁模激光器对激光啁啾进行色散补偿的方法,并根据实验实际情况设计激光谐振腔,利用CaF2棱镜对对于激光啁啾进行色散补偿。实现了基于石墨烯Tm:YLF锁模激光器,获得了波长为1.908μm,平均功率146.5mW,脉冲宽度473fs,重复率70.2MHz的连续锁模脉冲激光输出。(4)基于体布拉格光栅的波长宽带可调Tm：YAP单频调Q激光器实验研究对基于Kogelnik耦合波理论对反射VBG的衍射模型进行了数值模拟研究,分析了耦合常数、相互作用距离、入射角度、波长等因素对于VBG衍射效率的影响。基于理论研究基础,实现了基于VBG的结构紧凑稳定V型腔Tm:YAP单频调Q激光器,获得了最高平均功率724mW,脉冲重复率96.2kHz,单脉冲能量7.5μJ,激光线宽4.2MHz,中心波长1988.8nm的单频调Q激光输出。提出了的波长可调Z型腔Tmm：YAP石墨烯调Q激光器设计,获得了稳定波长可调脉冲激光输出,详细地研究了石墨烯在波长可调Tmm：YAP激光器中的调Q激光输出特性。激光器波长调谐范围从1965.2nm到2000.7nm(范围35.5nm),最高功率输出为920mW,此时的激光波长为1989.3nm,脉冲宽度为2.1μs,脉冲重复率为91.6kHz,单脉冲能量为10.1μJ。