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2μm波段的高脉冲能量、高平均功率调Q激光器在医疗手术、激光雷达、遥感探测及工业加工领域等方面都具有广泛的应用,且可以作为泵浦源产生3~5μm中红外波段的光参量振荡器。目前产生2μm波段激光的方法有基于稀土掺杂增益介质的激光器、非线性频率转换、半导体激光器、自由电子激光器等。其中,激光二极管直接泵浦的稀土掺杂增益介质的激光器作为一种直接高效的技术手段而备受关注。本文围绕2μm波段的固体激光器,从理论和实验方面研究了掺杂Tm3+固体激光器声光调Q和电光调Q系统。调Q技术是目前获得脉冲输出的重要方法即通过某种手段使腔内的损耗按照一定规律进行变化,使输出的激光以脉冲的形式发射出去。调Q技术的发展大大提高了脉冲的峰值功率,将脉冲宽度能压缩到百纳秒以下。本论文理论工作主要集中在研究Tm:YAG主动调Q激光器脉冲输出特性方面。建立了准三能级Tm:YAG主动调Q激光器速率方程模型,推导了调Q激光器输出峰值功率、脉冲能量和脉冲宽度与重复频率的关系,并描述了这三者随重复频率的变化关系;模拟了输出镜透过率及不同腔长对输出脉冲特性的影响;该数值模拟得出的结论对实验提供了理论性的指导。实验研究方面的主要内容包括:1.搭建了Tm:YAG板条声光调Q激光系统。连续状态下获得了最高25.4 W的激光输出,斜效率为41.2%;在声光调Q运转激光器下分别测量了1 kHz、5 kHz、10 kHz的输出特性,重复频率1 kHz时获得的最大平均功率为20.7 W,峰值功率为246 kW,最窄脉宽为84 ns,对应的斜效率为36.1%,这是目前2μm调Q固体激光系统中获得的最高的平均功率和斜效率。2.搭建了RbTiOPO4晶体电光调Q的Tm:YAG板条激光系统。优化得到RTP电光Q开关的最佳四分之一波电压为1.05 kV;分析了偏振片和电光晶体带来的插入损耗。连续状态下获得了13.2 W的激光输出,斜效率为38.7%;重复频率1 kHz时获得的最大平均功率为7.5 W,最窄脉宽为58 ns,峰值功率为125 kW,相应的斜效率为21.7%。这一结果是目前2μm掺Tm固体电光调Q激光系统中获得的最大平均功率和斜效率。