高功率固体激光器由于其输出能量大、峰值功率高、器件结构紧凑、便于光纤耦合传输、使用寿命长和单元技术成熟等原因在材料加工和科学研究等方面有重要的应用。但是由于固体激光介质热效应的限制,高输出功率和高光束质量常常不能同时得以满足,成为制约高功率激光器发展的一个重要因素。本文从改善激光器运行特性,提高输出功率和改善光束质量的角度出发,对激光介质中的热效应问题进行了系统的研究。本文的内容分为五部分:(1)综述;(2)棒状激光介质热效应分析;(3)其它几何构型固体激光介质热效应分析;(4)管状激光器环状复球面谐振腔模型;(5)总结。(1)综述部分主要介绍固体激光器相对于其它种类的激光器的优势,热效应问题的研究背景和研究现状,给出了本课题的研究内容;(2)研究了棒状激光介质的热效应,分析了对固体激光介质热效应有重要影响的工作物质、泵浦源,研究了热效应产生的原因。通过对棒状激光介质中的温度分布、应力分布、热透镜效应和双折射效应的分析,了解到温度分布不均匀是激光介质产生热应力、热透镜效应和双折射效应的根源,得出减少介质中热量的产生,降低整体温度,改善温度分布对减少固体激光器热效应具有重要的作用,定量分析了极限泵浦功率与棒半径及长度之间的关系,自然引伸出高功率光纤激光器可以空气冷却,并能承受高泵浦功率的结论,并简要介绍了双折射补偿措施,重点研究了自平衡热透镜补偿法,得出这一补偿激光介质热透镜效应的方法需要关键解决的问题;(3)着重分析和讨论了其它几何构型的激光介质在减小热效应、提高输出功率和改善光束质量方面具有的优势,特别是通过对管状介质的研究,发现管状介质的内外壁温度对光束质量有重大影响,理论上解释了内泵浦管状激光器内壁温度较高时光束质量较差的原因,提出加强内壁冷却是改善管状介质激光器光束质量的一个重要措施;通过对管状介质热透镜效应的研究,理论上证明了大口径管状介质有利于减小热透镜效应;提出了在管外壁施加预应力的构想,推导和化简了相应的计算公式,并通过计算机模拟发现施加预应力对改善介质中应力分布,提高管状介质的激光器输出功率具有显著作用;在提出预应力法的基础上,又提出把应用于棒状介<WP=4>质的热透镜自平衡补偿法用在管状介质中可以减小管状介质中的热透镜效应。(4)采用克希霍夫-菲涅耳衍射积分公式,在与通常的球面谐振腔取相同近似的条件下,推导出光轴呈圆柱分布的环状复球面镜谐振腔的衍射积分方程,积分方程中的相位因子、积分核与,即单位体积中的发热量Q有关,从而为改善管状激光器的光束质量,研制高功率和高光束质量激光器提供了新观点,为准确研究管状介质在热效应作用下的激光横向模式分布提供了数学模型。(5)对课题的研究工作进行了总结,并进一步提出了一些很有意义的研究方法。通过对本课题的研究,为设计固体激光器时解决热效应问题提供了良好的设计思路,为研制同时具备大功率和高光束质量的固体激光器提供了新的启迪。