2 μm激光应用于激光雷达探测等领域, 对于波长的要求比较精确, 研究了激光器结构参数对准三能级Tm:YAG激光器输出波长的精细调控技术。基于侧面泵浦激光器泵浦阈值的理论模型, 通过对不同谱线的泵浦阈值进行数值模拟, 研究结果表明: 通过改变晶体温度、激光介质长度、输出耦合率等途径可实现激光器的输出波长在2.0~2.1 μm的光谱区内的精细调控。

对低温下885 nm抽运Nd∶YAG晶体946 nm准三能级激光性能进行了研究。将激光上、下能级的玻尔兹曼分布分数f1、f2作为温度的函数引入到激光速率方程中，定性分析了低温下小信号增益和激光阈值的变化规律。利用搭建的低温冷却系统研究了不同晶体温度下946 nm激光的输出性能，在210 K时获得了最大165 mW的激光输出，斜效率为36%，相比于常温下斜效率提高了71%。观察并分析了低温下1061 nm增益增强的现象，当温度低于190 K时，1061 nm激光增益显著提高，与946 nm激光形成竞争，导致946 nm激光输出降低。

报道了Yb∶YAG双波长激光振荡阈值的理论结果,实验获得了连续双波长激光输出.实验中, 采用紧凑的平凹腔结构、940 nm光纤耦合LD端面泵浦方式, Yb∶YAG晶体作为激光晶体, 采用10%、15%和20%的输出耦合镜, 分别实现了单波长和双波长激光输出, 在最高泵浦功率为20 W时, 输出耦合率分别为10%、20%, 最高获得3.94W的1 050 nm激光和3.40 W的1 030 nm激光, 对应的光光转换效率分别为19.7%和17.0%; 当输出耦合率为15%、泵浦功率为11.7 W时, 获得0.79 W的双波长激光, 对应的光光转换效率为6.8%, 功率比为1∶1.3, 通过光栅光谱仪测量得到双波长谱线中心分别为1 030.31 nm和1 047.50 nm; 当1 030 nm激光功率为3.0 W时, 30 min内输出功率RMS稳定性优于0.18%.该实验结果与理论分析相吻合, 可应用于设计稳定可靠的掺Yb双波长激光器.

Yb3+:KGd(WO4)2晶体具有增益带宽大、掺杂浓度高等突出特点, 是近年来引起广泛关注的可用于构建锁模飞秒和辐射平衡激光系统的激光介质。这里建立了基于准三能级系统的微观动力学理论模型, 并将其应用于端面泵浦Yb3+:KGd(WO4)2种子源和激光放大系统的理论分析中。首先从速率方程出发, 讨论了准三能级激光系统的种子源部分的物理特性, 指出种子源部分存在着最佳的晶体长度和输出耦合镜反射率。由于Yb3+:KGd(WO4)2晶体材料的热传导率很低, 研究中拟采用主控振荡功率放大结构以实现30 W量级的激光输出, 并在此基础上探讨了主控振荡功率放大器部分的输出物理特性。研究结果对将来构建实用化的Yb3+:KGd(WO4)2激光系统有着重要的理论指导意义。

全固态激光器被动锁模是产生超短脉冲的一种有效方法。在基于Nd3+掺杂激光材料被动锁模产生超短脉冲的研究中，无序晶体成为研究的热点。结合相关工作，总结了Nd3+掺杂无序晶体被动锁模激光器的研究现状，展望了Nd3+掺杂无序晶体在超强超短脉冲制备中的发展前景。

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.

对激光二极管(LD)端面抽运的Nd∶YAG晶体产生946 nm激光输出的热效应及输出特性进行了实验对比。实验测量了晶体的端面温度以及热焦距，当吸收抽运光功率达到10 W 时，掺杂原子数分数1.0%的端帽键合Nd∶YAG 晶体端面温度为25.9 ℃，约为相同掺杂浓度下普通晶体的1/3。且相同条件下，端帽键合Nd∶YAG 晶体能有效缓解热透镜效应。利用波片补偿电光晶体热退偏的方法，实现了频率为1 kHz 电光调Q 946 nm 激光输出。在抽运功率为10.4 W 时，使用掺杂原子数分数为0.5%的端帽键合Nd∶YAG 晶体作为增益介质，获得最大输出功率为311 mW，脉冲宽度为17 ns的电光调Q 946 nm 激光输出，功率不稳定性为2.7%。最大输出功率分别是同等条件下使用掺杂原子数分数1.0%的端帽键合Nd∶YAG 晶体的2倍以及普通Nd∶YAG 晶体的3倍。

利用准三能级理论，建立了端面泵浦Ho∶YAG激光器阈值理论模型，推导出Ho激光阈值泵浦功率表达式，并分析了阈值泵浦功率与介质吸收效率、输出镜透过率的关系.结果表明：Ho∶YAG激光器属于低阈值激光器，合理选择激光器参量，采用1 907 nm泵浦或1 930 nm“翼泵浦”方式，可使Ho激光阈值泵浦功率处于毫瓦级水平；选择合适透过率的输出耦合镜，可实现Ho∶YAG激光输出波长在2 092 nm和2 124 nm之间转换.

980 nm掺镱光纤激光器因为有望成为掺铒、掺镱光纤激光器的新型抽运源以及本身进行频率变换后可得到优质的蓝绿激光而拥有极大的研究价值。介绍了获得980 nm光纤激光器的两大关键问题，即抑制四能级起振和抑制重吸收效应，并分析了解决方法。介绍了三种工作方式下（即连续、调Q、锁模），国内外研究机构在980 nm光纤激光器方面的实验研究进展和发展趋势，并对980 nm光纤激光器的应用和发展前景进行了展望。

从实验和理论两方面分析了808 nm和885 nm激光二极管(LD)端面抽运Nd∶CNGG 935 nm激光器的热透镜效应。当吸收功率为10 W时，在885 nm LD端面抽运情况下，Nd∶CNGG激光器的热透镜焦距约为808 nm LD端面抽运方式下的6.8倍。同时，利用885 nm LD端面抽运方式，晶体内部的温度梯度更小。利用808 nm和885 nm LD端面抽运方式，在抽运光束腰位置，Nd∶CNGG晶体内部最高温度分别为287.76 K和310.05 K。在抽运端面位置，晶体最高温度分别为285.78 K和317.18 K。相对于同等实验条件下的808 nm抽运方式，885 nm抽运下的Nd∶CNGG 935 nm激光器斜率效率提高了43%(从4.6%提高到6.6%)，阈值降低了8%(从3.31 W下降到3.05 W)。