高功率固体激光器以体积小、可靠性强、转换效率高等著称,已被广泛应用于军事、医疗、工业加工等多个领域。其中,相比较于棒状固体激光器,板条状固体激光器能够获得具有更高光束质量的光,更高的输出功率以及更高的效率,一直以来都深受人们的关注。固体激光器工作时,会有相当大的一部分泵浦光转化为热滞留在激光介质内,使其温度升高。而对激光介质的冷却,通常为外部冷却,这样将会导致介质内温度不均匀分布的现象,温度的不均分布和因其产生的热应力都将会引起一系列热效应问题。因此,对激光介质的温度及应力等的分布状况进行研究是很有必要的。本课题采用氙灯泵浦8板条辐射状激光增益介质(8个板条呈“米”字型排列),能有效增加泵浦面积和激光介质的散热面积,这样既能够有效提高激光器的转换效率又能有效减弱其热效应。同时,为了提高输出光的峰值功率,扩大激光器应用范围,本课题加入了被动调Q技术。本文主要研究的内容包括激光介质温度及热应力分布的理论分析及数值模拟,被动调Q的相关理论及实验研究,激光器聚光腔的优化设计,具体研究内容总结如下:(1)给出了本课题研究的背景、意义,总结概述了板条状固体激光器国内外研究现状,概括阐述了板条状激光介质热效应的相关问题及一些制冷方式,并对被动调Q激光器的研究概况做了简单总结。(2)简单介绍了温度场及热应力应变场的描述等问题,理论研究了辐射板条激光介质的热分析问题,并通过运用ANSYS软件对辐射状板条激光介质在不同条件下的温度及热应力分布做了有限元模拟分析,并最后给出了实况下激光介质的温度及应力分布的有限元模拟结果。(3)阐述了被动调Q的基本原理,被动调Q晶体Cr4+:YAG的基本性质、光谱特性、能级结构及可饱和吸收特性,给出了晶体Cr4+:YAG被动调Q的速率方程,并对其进行了仿真分析,最后利用速率方程对调Q激光输出特性进行相关求解和分析。(4)对辐射板条激光器的聚光腔部分进行了优化设计,实现了辐射板条激光器的自由运转。利用矩阵光学理论并借助MATLAB软件分析了光斑聚焦特性,在此基础上确定了调Q晶体的具体位置,并进行了辐射板条激光器的被动调Q实验。