热效应是制约固体激光器高光束质量输出和功率提升的主要因素。作为一种特殊结构的固体激光器,碟片激光器因为增益介质较大的面积体积比和端面散热等优点使得积累在晶体内部的热量有效的导出,明显地降低了热效应对输出激光的影响。然后随着碟片激光器输出功率水平和光束质量进步的提升,碟片激光晶体自身温升引起周边空气的热效应导致空气的折射率分布不均匀,造成光束波前畸变成为了影响碟片激光器输出光束的主要因素。本文在全面分析碟片晶体自热效应对周围空气影响的基础上,揭示了空气热效应对碟片激光器腔内振荡激光影响的本质原因,并从气体流动和谐振腔设计方面抑制和补偿空气热效应的影响,进一步降低空气热效应对碟片激光器的影响,相关研究成果和研究内容如下:首先,根据碟片晶体温度升高、碟片晶体加热表面气体产生热对流的多物理场模型建立有限元模型进行仿真。通过仿真得到气体的温度场分布,进而计算出折射率场分布。分别考虑竖直方向的非对称楔形分布的折射率场和水平方向对称的折射率场。然后由折射率分布分别计算出竖直截面和水平截面的一维光程差OPD。从而获得空气热效应的对振荡激光光束影响的本质原因:“空气透镜”效应和“空气楔”效应。基于所建立的分析模型,讨论了气体种类和泵浦光斑大小、功率密度等参数对空气热效应的影响。其次,基于理论分析的结果,将“空气透镜”效应与碟片晶体的热透镜合并讨论,作为光焦度与泵浦功率相关的可变透镜。而“空气楔”效应对谐振腔内振荡光束的影响简化为位置失调和角度失调。以此为基础,将失调矩阵代入到谐振腔光线传输矩阵中,计算输出光束位置与“空气楔”效应的关系,然后设计了具有抑制空气楔效应的谐振腔补偿由空气楔效应带来的光束抖动的问题。最后,基于理论模拟和谐振腔优化,开展相应的实验研究。通过实验测量定量描述了碟片激光器的热效应,即碟片晶体热透镜的光焦度、空气热透镜的光焦度和空气楔引入的倾角。通过实验证明设计出的腔型能够明显的抑制空气热效应导致的输出光束的抖动。