用坩埚下降法生长了Tm3+掺杂浓度分别为0.8%和1.3%的优质大尺寸LiYF4(LYF)单晶体。测定了单晶体的吸收光谱、发射光谱, 并计算了3F4能级的的最大吸收截面与最大发射截面分别为0.25×10-20 cm2和0.33×10-20 cm2。以796 nm半导体激光器(LD)为泵浦源, 采用短平板腔结构模型研究了Tm掺杂LYF单晶体在~2.0 μm波段的激光输出性能。当LD泵浦功率为3.4 W时, Tm∶YLF晶体的最大激光输出功率为1.88 W, 相应的光光转换效率和斜率效率分别为51%和57%。使用半导体可饱和吸收镜抽运Tm掺杂LYF单晶体, 测试其在~2.0 μm波段连续波锁模激光运转。当最大抽运功率为3.5 W时, 获得锁模激光的最大平均输出功率为200 mW, 此时锁模脉冲宽度~20 ps, 对应的重复频率63.86 MHz, 中心谱线为1.88 μm。结果表明, Tm掺杂LYF单晶体是一种具有较好物理性能的~2 μm波段超快激光晶体。

使用半导体可饱和吸收镜, 实现了光纤耦合半导体激光抽运Tm:YAP晶体的全固态连续波锁模激光运转。根据ABCD矩阵理论设计激光器参数, 通过控制谐振腔的像散和模式分布, 获得了稳定的皮秒锁模激光输出。当最大抽运功率为7.96 W时, 获得锁模激光的最大平均输出功率为0.73 W, 相应的斜效率为15.6%。此时锁模脉冲宽度约为1.7 ps, 对应的重复频率为88.7 MHz, 中心谱线为1 982.4 nm。结果表明: Tm:YAP晶体是一种具有较好的热学、机械性能的2 μm波段超快激光晶体。

介绍了利用沉积在增透镜上的石墨烯薄膜作为可饱和吸收体、808 nm激光二极管端面泵浦Nd∶YVO4晶体的1 064 nm连续锁模激光输出特性。采用W型折叠谐振腔结构，在808 nm泵浦功率为80 W时，有稳定的连续锁模脉冲输出，平均输出功率达到185 mW；当抽运功率增加到160 W时，获得了中心波长1 0634 nm、脉冲宽度为518 fs、重复频率为667 MHz、最大平均输出功率为323 mW的百飞秒量级超短脉冲激光输出。实验结果表明：石墨烯具有优良的可饱和吸收性，在1 064 nm波段能够实现高功率、百飞秒量级连续锁模脉冲激光输出。

为了增大皮秒注入种子激光的能量，获得较高的激光放大效率和信噪比，关键是要在保持较高的平均锁模激光功率下实现连续波锁模激光器的低重复频率运转。通过选取五镜折叠激光谐振腔腔型和参数设计，克服了随着腔长增加损耗加大而导致的激光锁模不稳定的困难。分析了较长腔长条件下工作物质和SESAM光斑尺寸的大小和变化，及其对激光器稳定性的影响。由于SESAM饱和工作和稳态条件的能量要求，在激光谐振腔调整过程中，对应臂长的光程互补变化。实验中采取腔长和晶体热控制方式，优化了激光谐振腔的工作参数，实现了脉冲能量10.7 nJ，重复频率56 MHz，平均功率1.2 W的SESAM连续波锁模激光输出。