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LD泵浦的全固体激光器(Laser Diode pumped solid-state lasers或DPSSL)是激光技术领域的一个重要分支，与传统激光器相比在重量、体积、电—光转换效率、使用寿命和稳定性方面更具优越性。近年来，随着输出波长为0.871μm～1.1μmInGaAs二极管的出现和成本的降低以及LD泵浦Yb:YAG全固体激光器在军事、光镊、材料加工、激光显示等诸多领域中的重要应用，使其逐渐成为国内外激光技术研究的一个热点。本文根据Yb:YAG晶体准三能级结构的特点，主要开展了以下几个方面的工作：
首先，讨论了Yb:YAG晶体的主要特性以及LD泵浦源的典型参数，然后在理论上详细推导了准三能级激光器的阈值公式。根据Yb:YAG晶体的特点，设计了双路偏振耦合光学系统，选用掺杂浓度为8 at.％，几何尺寸为Ф11×0.7mm的Yb:YAG晶体，在泵浦功率为2.0w时，获得了192mW的1030nm激光输出。使用该耦合系统，选用10 at.％掺杂，Ф4×0.5mm的晶体，利用I类相位匹配LBO晶体获得了5.61mw的515nm激光输出。
其次，推导了声光调Q输出的峰值功率、脉冲能量和脉宽的数学表达式，利用Z参数优化分析了声光调Q理论，在此基础上选用10 at.％掺杂、尺寸为Ф4×1mm的Yb:YAG晶体进行了声光调Q实验，并利用该晶体设计了LDA端面泵浦525nm激光器，在泵浦功率为11.3W时，获得了244mW525nm输出，光-光转换效率为1.98％，利用选频理论对结果进行了分析。
最后，设计了四程抽运的薄片式Yb:YAG激光器，从理论上分析了影响晶体两端温差的各种因素，给出了吸收效率与晶体厚度之间的关系式。采用蒙特卡罗方法从理论上给出了抽运光斑大小随反射镜轴向与光纤头轴向夹角的变化关系。依据模式匹配原则优化了输出镜，采用线性平凹腔结构，选用掺杂浓度10 at.％，几何尺寸为Ф10mm×300μm的薄片状Yb:YAG晶体，在LDA抽运功率为4.13W时，获得了最高功率为670mW的1030nm连续激光输出，光-光转换效率为16.2％，并对结果进行了分析。利用该装置，在国际上首次采用BIBO倍频获得了14mW515nm激光输出。