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2μm波段激光器经过长期发展,已经进入科研、军事、激光医疗、环境保护、材料加工等领域,并且得到了广泛的应用。由于2μm激光在许多方面所具有的优越性质,2μm激光器已经成为固体激光器中一个重要的研究领域。鉴于其重要的应用价值,本文对Tm:YAP激光器展开了理论分析和实验研究,具体工作包括以下五个方面：(1)对Tm:YAP晶体特性的分析,包括Tm3+离子的能级结构特性分析,YAP晶体的物理特性分析,Tm:YAP晶体的光谱特性分析,以及Tm:YAP晶体的热透镜效应四个方面。其中,主要研究了Tm:YAP晶体的热透镜效应,包括Tm:YAP晶体的热透镜焦距的理论推导和结合具体参数的数值计算。(2)研究了Tm:YAP激光器的速率方程模型,包括：Tm:YAP激光器低四位能级速率方程模型和连续Tm:YAP激光器速率方程模型。研究激光器的发光机理是研究激光器的基础,而速率方程则是研究激光器工作过程的主要依据,通过研究模型并求解速率方程,分析各个因素对激光器输出的影响,这也是优化设计激光器的基础。(3)分析了直腔的理论模型,利用MATLAB软件对谐振腔进行优化设计,模拟出激光器的稳区范围和激光光斑半径在腔内的变化情况。结合实验,对比各种腔型的输出功率情况,选择有效补偿Tm:YAP晶体热效应的最佳腔型,实现连续Tm:YAP激光器的稳定、高功率输出。当输出透镜透过率为5%时,获得4.92W的1.98μm连续波激光输出,相对应的泵浦功率为17W,斜率效率为36.57%。使用ANDOR光谱仪测得激光器输出中心波长为1985nm。采用NanoScan光束测量仪,测得了在同一位置不同泵浦功率下的输出光斑轮廓。(4)研究了Z型腔Tm:YAP激光器的理论模型,设计了四镜折叠腔,根据四镜折叠腔的稳定性条件和像散补偿条件,利用MATLAB软件对谐振腔进行优化设计。结合实验,对比不同腔型的功率输出情况,选出最佳腔型。输入泵浦功率为14W时,得到最大输出功率为2.27W,斜率效率为23.9%。(5)对可调谐Tm:YAP激光器进行了理论设计研究,主要包括双折射滤光片的设计和工作原理分析。分析了在腔内加双折射滤光片和布氏板实现Tm:YAP激光器调谐运转的基本理论。