介绍了一种激光二极管 (LD) 阵列侧面泵浦电光调 Q 的高峰值功率、窄脉宽的 Tm:YAG 激光器。使用 LGS 晶体作为电光 Q 开关, 研究了白宝石堆片和格兰棱镜分别作为起偏器时激光输出的特性。研究表明: 使用白宝石堆片作为起偏器时, 随着泵浦能量的增加会有尾脉冲出现; 而使用格兰棱镜作为起偏器时, 则无尾脉冲。使用格兰棱镜作为起偏器时, 该激光器输出激光中心波长为 2.02 μm, 在重复频率为 10 Hz 时, 可获得最大单脉冲输出能量为 60 mJ、脉冲宽度为 65.6 ns、峰值功率为 0.91 MW、斜效率为 5.41% 的激光输出。

为提高Tm:YAG激光器输出效率, 设计了冷却和辅热相结合的LD侧面泵浦耦合结构, 考虑泵浦光分布建立了晶体棒温度场三维理论模型进行模拟计算, 分析了辅热情况下晶体棒的温度特性及温度梯度产生的热透镜效应, 计算了泵浦功率和LD激光光束参数对晶体温度场的影响。模拟结果表明, 高功率泵浦条件下晶体棒产生很强的热效应, 泵浦光分布参数影响晶体棒温度分布并因此产生热透镜像差; 端部辅热可避免晶体光学面结露, 实现激光器低温高效运转; 高低温过度区很小, 对激光器结构封装无明显影响; 优化泵浦冷却结构可一定程度改善热效应对激光器运转的影响。

对采用晶体棒端部辅热方法实现低温工作的Tm:YAG激光器, 建立了晶体棒热效应理论模型, 采用有限差分法对晶体棒温度场、应力场及光学畸变进行模拟计算.模拟结果表明：辅热设计可显著减小晶体最大应力, 减小应力损坏;端部辅热使得温度和应力分布复杂, 引起折射率分布多变, 但变化值小, 说明端部辅热对光线在晶体内的传播影响微小; 辅热区域结构紧凑, 且对激光器封装产生的影响较小.

研究了一种低温条件下（120 K以下）运行的光纤耦合激光二极管（LD）端面抽运的Tm:YAG激光器。LD中心波长为785 nm（15 ℃），光纤芯径为400 μm，数值孔径为0.22。Tm:YAG晶体尺寸3 mm×3 mm×8 mm，Tm3+掺杂原子数分数为3%。采用一种新型小型脉冲管制冷机制冷，具有冷端无振动、结构简单、寿命长的优点。将制冷机冷头与包裹晶体的紫铜热沉连接以冷却晶体，并置于真空环境中，防止结霜现象的发生。通过控制晶体温度，得到了激光器在80～290 K温区内，阈值功率和输出功率随工作温度的变化关系。在晶体温度为80 K，抽运功率为9 W时，得到功率为3.78 W的2.013 μm连续激光输出，光光效率为42%，斜率效率为44.9%。

研究了输出波长为2.018 μm的激光二极管(LD)抽运Tm:YAG激光器。通过准三能级系统的速率方程, 分析了激光系统的抽运阈值和斜率效率。同时, 利用ABCD矩阵分析了平凹腔和双凹腔的腔型稳定条件和模式匹配情况。实验时采用785 nm的光纤耦合半导体激光器为抽运源, 当采用平凹直腔, Tm:YAG晶体为5 ℃时, 获得了4.04 W的连续激光输出, 激光器斜率效率为35.4%, 光-光转换效率为26.4%。实验比较了不同晶体温度下Tm:YAG激光器的阈值、功率和效率。实验结果与理论分析基本吻合。此外, 还研究了激光器腔型对激光输出功率和效率的影响。

为了简化激光器结构,减少腔内损耗,首次提出利用LiNbO₃电光晶体较高的色散特性,实现2μm波段可调谐激光器的调Q与调谐.将LiNbO₃晶体加工成单块特殊形状的棱镜,作为主动调Q器件,用于2 μm波段灯泵Cr-Tm:YAG激光器,以产生巨脉冲,该棱镜还同时具有调谐的功能.将该棱镜插入室温灯泵的Cr-Tm:YAG激光器中,实现了1.95～2.08μm范围的调Q、调谐运转,重复频率为1～5 Hz.实验结果表明,所提出的方法可行.

用准三能级系统速率方程对纵向泵浦Tm:YAG激光器的阈值、效率和激活介质最佳长度进行了计算和分析，讨论了温度对Tm:YAG激光器输出特性的影响。