● 摘要
高功率全固态2μm激光器在医疗、遥感及科研等领域有重要的应用价值。利用激光二极管泵浦棒状激光晶体获得激光输出是产生高功率激光的主要方法之一，这种方法具有效率高、结构紧凑、运行稳定等优点，因而逐步成为激光技术领域的研究热点。
本文主要研究以稀土元素钬（Ho）作为主要掺杂离子的全固态激光器技术。基于激光二极管泵浦棒状激光晶体结构，建立铥（Tm）激光和钬（Ho）激光系统的数学物理模型，进行YAG晶体的热效应分析，分别对双晶体和三晶体结构谐振腔的稳定性进行数值模拟研究，设计适用于Ho:YAG晶体的高效冷却模块，开展不同方案实现Ho激光输出的实验研究。论文主要研究内容包括：
首先，Tm、Ho能级结构的特性研究。分别分析了Tm:YAG、Ho:YAG以及Tm,Ho:YAG晶体的能级结构，深入阐述了不同晶体中的能量转移过程；利用速率方程模型描述了激光系统运行时的动态特性，分析比较了Tm:YAG、Ho:YAG的吸收谱线及荧光谱线的特性；针对Tm,Ho:YAG晶体的上转换过程和重吸收效应，分析了系统运转过程中的热量来源。
其次，YAG晶体棒热效应研究。基于棒状激光介质的热传导模型，通过理论推导，对YAG晶体的温度分布、热应力分布、热透镜效应以及热致双折射效应进行了数值模拟研究；通过控制变量等方式总结了适用于高功率、高稳定性的激光系统的热管理方案。
再次，全固态激光器的谐振腔研究。根据光学传输矩阵理论，分析了激光谐振腔的稳定条件和稳定区域；分别研究了双棒串接以及三棒串接谐振腔结构的稳定特性，通过理论推导，绘制了不同结构谐振腔的动态特性曲线，为激光谐振腔设计奠定了理论和数据基础。
最后，开展了全固态Ho激光器实验研究。设计了适用于Ho:YAG激光晶体的高效冷却结构，搭建了Tm:YAG泵浦Ho:YAG激光系统，实现了5.3W的激光输出；设计并搭建了Tm:YAG串接Tm,Ho:YAG的激光系统，采用三模块谐振腔结构，实现了55.1W的激光输出。
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