2 μm激光属于人眼安全波段，具有高大气透过率和水吸收特性，能覆盖CO₂等温室气体的吸收峰，因此在大气环境监测、光通信、激光雷达、材料加工、医疗手术等领域有广泛应用。其中，单纵模运转的全固态2 μm脉冲激光器以其高稳定性、窄线宽和优良的光束质量等优势，可作为多普勒测风、相干差分吸收等激光雷达应用的优质光源，在工业、**和科研等领域具有重要意义。目前，实现2 μm激光输出的主要方法有光参量技术和直接泵浦法。相比光参量技术，直接泵浦法更具高效率、可调节性和集成性等优点，已成为2 μm全固态激光的主流方式。文中总结了常用的2 μm固体激光增益介质，分析了空间结构振荡器单纵模选择的原理和特点，综述了2 μm单纵模全固态脉冲激光的研究进展，并对不同结构激光器的输出特性进行了比较，最后对2 μm单纵模全固态脉冲激光的发展前景进行了展望。

金刚石晶体不仅具有极佳的光学性质，同时也拥有极高的热导率和低的热膨胀系数，这使得金刚石激光器成为实现不受热影响高功率激光输出的重要路径。但随着激光功率的进一步提升，金刚石拉曼激光器中仍然存在不可忽视的热效应等问题，这对金刚石激光器性能提升提出了挑战。针对高功率运转情况下金刚石拉曼激光器的热效应进行了理论研究，根据热传导方程并采用有限元分析方法，模拟了金刚石温度、热应力以及热形变分布，分析了泵浦参数、晶体参数对金刚石温度、热应力、热形变的影响。此外，基于石墨片横向导热特性，设计了一种新型的用于金刚石晶体的热沉结构。与传统单一铜片散热方式相比，在泵浦功率800 W、束腰半径40 μm条件下，金刚石中心温度下降了10.16 K，下表面平均应力降低了19.857 MPa，端面平均形变量减小了0.055 μm。数值模拟结果表明，该方法对缓解金刚石激光的热效应，实现金刚石拉曼激光器输出功率的进一步提升和高光束质量激光输出具有重要指导意义。

随着超大容量光通信的发展，密集波分复用技术被广泛采用。该技术需要稳定的高重复频率超快脉冲序列作为信号源，若采用多个单一波长输出的锁模激光器作为激光光源，系统的成本和复杂性将显著提高；而双波长锁模激光器因具有双波长输出、脉冲持续时间短、光束质量好和可调谐范围宽等优点，可有效满足超大容量光通信所需信号源的要求。此外，该光源在光谱学、微波产生等领域也均有应用。双波长锁模光纤激光器可利用双谐振腔结构、二维材料的高非线性以及腔内滤波效应等设计实现，其中腔内滤波效应可通过在激光谐振腔内插滤波器件、多模干涉和非线性效应如非线性偏振旋转三种方式引入。目前双波长锁模光纤激光器的输出波长主要在1 μm和1.5 μm波段的光谱区域，输出功率为mW量级，未来将向实现输出中红外或更长工作波段以及瓦级输出功率方向发展。

涡旋光由于携带轨道角动量信息，在天文学、光学操控、显微成像、传感、量子科学和光通信等领域有着广泛的应用前景。特别地，针对可见光波段涡旋激光，在水下通信领域，涡旋光束可以显著提高通信容量。此外，在可见激光高分辨成像领域，涡旋光束可大幅度提高成像分辨率。目前，可见光波段涡旋光主要通过无源法和有源法产生。相比腔外转换的无源法，有源法在转换效率、光束质量（模式纯度）以及功率提升方面均具有显著优势。该综述重点阐述激光腔内直接产生可见光波段涡旋光的产生技术，具体包括离轴泵浦法、环形泵浦法、腔内球差法等技术手段。综述了可见光波段涡旋固态激光的腔内产生技术，分别从基于非线性频率变换的可见光涡旋激光产生技术、基于分立元器件的LD直接泵浦可见光全固态涡旋激光产生技术、基于光纤介质的LD直接泵浦可见光全固态涡旋激光产生技术方面进行介绍。最后对其未来发展进行分析和展望。

高功率特殊波段激光在钠信标、激光测距、激光雷达、自由空间通信等领域具有重要的应用价值。目前，基于受激拉曼散射（stimulated Raman scattering, SRS）的拉曼激光器及放大器已经被证实为拓展激光波段和功率的有效途径。不同于基于粒子数反转激光器在产生和放大过程中需匹配激光增益介质固有的吸收和发射谱，SRS过程理论上能够在其拉曼增益介质透过光谱的全范围内工作，故只需要相互作用光束的频率差满足拉曼增益介质的固有频移，便可实现光束之间的能量直接转移。因此，拉曼放大技术能够利用常规波段的泵浦光对特殊波段的种子光进行放大，从而实现高功率、大能量、高光束质量的特殊波段激光输出。该方法具备波长选择灵活、结构简单、功率拓展性强等优点，近年来已经在钠信标光源等领域得到了应用。文中综述了高功率自由空间拉曼放大技术的主要原理、特性和研究进展，并对其发展趋势和应用前景进行了展望。

布里渊激光器是实现高相干、低噪声激光输出的重要技术路径，其中空间结构布里渊激光器被证实可以产生高功率的单频激光辐射。然而，不同于被广泛研究的导波结构布里渊激光器，目前针对自由空间运转布里渊激光器的线宽特性还尚无报道。笔者课题组在国家和省级自然科学基金和**预研基金资助下，以金刚石晶体作为增益介质，围绕自由空间结构布里渊激光的产生、参数调控和性能优化开展了系列的研究，并在近日成功验证了其实现线宽窄化输出的可行性。该研究对推动高功率高相干激光光源的发展具有重要的指导意义。

应用非线性频率变换技术的短波固体激光器在先进研究、生物医疗和工业生产等领域广泛应用，而走离效应是影响非线性变换效率的关键因素。为了实现更高效率的二倍频转换，各种减小走离效应的结构优化方案被提出，多种二倍频效率模型被建立，但是这些模型在普适性和影响因素全面性上还有所欠缺。文中在理想二倍频效率模型的基础上，提出一种非线性晶体走离效应下的二倍频效率模型，对于空间走离过程进行了更为充分的研究，将二倍频过程的多种因素都进行了细化分析。该模型有两个优势：一方面可以从多种参数的角度更精确地对平行传输光束与聚焦光束的二倍频效率分别进行预测；另一方面可以实现最佳二倍频晶体种类和最佳二倍频晶体长度的选择。

为了减弱激光二极管端面泵浦固体激光器热效应的影响，提高激光谐振腔稳定性及改善激光器的输出特性，以激光二极管端面泵浦Er:Yb:glass/Co:MALO晶体为研究对象，采用有限元分析方法，并根据热传导理论对其进行多物理场耦合热效应分析，系统分析了非键合和键合晶体、泵浦中心波长、功率以及束腰半径对激光晶体的温度场、热应力场以及形变量的影响。结果表明：键合晶体中Co:MALO晶体不仅起到了被动调Q的作用，还起到了热沉的效果，可以有效改善晶体内部的温度分布、热应力和形变量。中心波长为940 nm的泵浦对晶体的穿透性远高于976 nm，采用940 nm的泵浦可以改善晶体的最高温度，但976 nm泵浦结构是扩散键合较安全的结构。由于增大泵浦功率会导致晶体单位面积功率密度分布的增加，热效应也会加剧，泵浦功率增大100 mW对应温度增加9 K，热应力增加1.5 MPa，热形变增加0.5 μm。减小泵浦光束半径也会导致热效应的增加，但影响相较于功率不明显。理论分析结果可为激光二极管端面泵浦铒镱共掺磷酸盐玻璃1.5 μm固体激光器减小热效应的合理优化设计提供数据理论支持。

全固态被动调Q 激光器有光束质量好、脉冲宽度窄、结构紧凑等特点，在雷达探测、工业制造等领域具有广泛应用前景。对YAG/Nd: YAG/Cr⁴⁺: YAG键合晶体被动调Q 激光器的输出特性进行了理论和实验研究，在泵浦光中心波长为808 nm、光斑直径为230 μm、泵浦功率为6.72 W的泵浦条件下，获得了平均功率1.41 W、脉宽736 ps，重复频率8.46 kHz的调Q 激光输出。进一步研究表明，随着泵浦光焦点远离Nd: YAG端面，激光光斑的对称性下降；且泵浦光焦点离Nd: YAG端面的距离沿晶体轴向增大时，激光阈值呈上升趋势。