随着Er∶YAG激光在牙科中的广泛应用，宽脉冲（微秒量级）的Er∶YAG激光在齿消融过程中存在严重热损伤问题，即消融过程中出现辐照区周围健康组织升温导致牙髓出现不可逆损伤坏死。因此更精细安全的医疗操作对激光脉宽提出了更高要求。但是铒激光晶体泵浦效率低，严重的热效应问题导致其输出脉冲能量低，这成为限制其应用的主要因素。本论文通过对激光热效应进行补偿，并成功设计出适合2.94μm波段的高损伤阈值Q开关，成功获得了高能量窄脉宽的调Q铒激光，并利用所研制的调Q Er∶YAG激光器进行铒激光与牙齿的消融实验研究，验证了调Q Er∶YAG激光在牙齿消融过程中具有消融阈值低、消融速率快和热损伤范围小的优势。　　在理论研究上，本文从粒子能级理论出发，研究了Er∶YAG激光器的理论模型，通过对Er∶YAG激光器的速率方程进行研究，得出了Er∶YAG激光器的阈值和输出能量解析表达式;对氙灯泵浦下Er∶YAG晶体的热效应进行了理论研究和数值模拟。通过调Q动力学方程分析，对调Q Er∶YAG激光器的输出特性、输出镜的最佳反射率及能量提取效率进行了理论分析和数值计算;在Er∶YAG调Q激光器设计中，对泵浦电源的放电参数、调Q晶体的选择及晶体尺寸结构、谐振腔型的选择设计作了详细的分析。开展了Er∶YAG激光与生物组织相互作用的机理分析，并通过数值模拟手段建立了Er∶YAG激光消融牙齿的消融模型。　　在实验研究上，利用自制的呈布儒斯特角放置的两片白宝石窗口片和两端面按布儒斯特角切割的LN(LiNbO3)晶体组合，显著地提高了激光起偏效率，并利用1/4波片有效补偿了高能量泵浦下激光出现的热退偏问题。在重复率3Hz下，获得了2.94μm调Q激光输出脉冲能量226mJ@脉宽62ns，对应的峰值功率达到3.65MW，解决了该波段长期无法实现高峰值功率调Q输出的难题。利用所研制的调Q Er∶YAG激光器在调Q和静态模式下分别辐照离体牙齿，系统比较了调Q Er∶YAG激光与静态Er∶YAG激光消融牙齿在切口表面形貌、热扩散等方面的优劣。并使用50μs到1ms脉宽的Er∶YAG激光研究了Er∶YAG激光消融离体牙本质过程中激光脉宽对消融阈值、消融深度以及消融后牙硬组织微结构的影响。实验结果表明，随着激光脉宽的减小，铒激光对人牙齿的消融阈值、消融深度呈现逐渐减小的趋势，调Q铒激光相比静态激光在牙齿消融过程中具有消融速率快，对周围组织的热损伤小的优势。