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。

3~5 μm中红外辐射位于大气传输窗口, 具有广泛的应用前景。目前, 固体激光器获得3~5 μm中红外辐射的途径主要是基于光参量振荡(OPO)的方法。与之相比, 以直接抽运为代表的新型中红外固体激光器在总体设计原理和激光器结构上都更为简单。目前, 随着相关晶体材料和对应抽运源的逐步成熟, 直接抽运中红外激光器迅速发展。总结了以Fe∶ZnSe、Ho∶BYF和Dy∶PGS三种晶体材料为代表的直接抽运中红外固体激光器, 详细介绍了其关键技术和国内外主要研究进展, 分析了其发展的重点和难点。

采用885 nm激光二极管(LD)作为抽运源，Cr,Nd∶YAG双掺晶体和抗灰迹KTP(GTR-KTP)分别作为工作物质和倍频晶体，在室温下实现了直接端面抽运Cr,Nd∶YAG/GTR-KTP腔内倍频自调Q稳定脉冲绿光激光高效输出。当吸收抽运光功率为1.65 W时，获得了200 mW自调Q脉冲绿光激光输出，相应的光-光转换效率为12.1%。当吸收抽运光功率大于1.15 W时，获得了脉冲能量大于8 μJ、脉冲宽度为8.8 ns、峰值功率超过1 kW的自调Q脉冲绿光激光输出。利用速率方程从理论上分析了不同Nd3+离子掺杂浓度对Cr,Nd∶YAG/GTR-KTP腔内倍频自调Q激光器输出倍频功率的影响，获得了实现高效绿光输出的优化掺杂浓度。相比于其他885 nm LD抽运腔内倍频产生绿光激光的方法，直接抽运Cr,Nd∶YAG/GTR-KTP腔内倍频自调Q激光器可作为理想的激光源并有效压缩脉冲宽度，是一种实现高效、短脉冲小型化绿光激光器的新方法。

利用885 nm激光二极管直接抽运Nd:LGS实现了1.47 W的1.06 μm激光输出，光光转换效率为17.9%，斜率效率为21.4%，光束质量因子M2在x和y方向分别为1.10和1.12。实验说明了Nd:LGS是一种优质的适于直接抽运的激光晶体。

为了获得较好的激光性能，研究了直接与间接抽运对自倍频(SFD)激光性能的影响。建立了自倍频激光模型，并与已有的实验结果进行分析比较。利用该模型分析比较了直接与间接抽运下Nd3+YAl3(BO3)4(Nd3+YAB)自倍频激光性能。结果表明，当晶体的Nd3+浓度和长度的乘积低于一个特定值时，直接抽运获得的自倍频激光输出低于间接抽运，这表明直接抽运并不适用于任意浓度和长度的Nd3+晶体。给出了特定实验条件下适用于直接抽运要求的晶体浓度和长度。对其他自倍频晶体和不同的实验条件，采用类似的方法，也可以得到适用于直接抽运要求的晶体浓度和长度。

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)。

采用中心波长为888 nm的激光二极管作为抽运源，减轻了Nd:YVO4晶体中的热效应。通过合理的谐振腔设计，扩大激光晶体处的基模尺寸和振荡光在凹面腔镜处的入射角，减轻了激光晶体内部的热效应和谐振腔像散，提高了激光器的输出功率。采用四镜环形腔选模的办法，获得稳定的高功率单频激光输出。在吸收的抽运功率为67.5 W时，实现了最高功率为21.5 W的532 nm单频激光输出，其8 h功率稳定性优于±1%，光束质量M2<1.1，光光转换效率为31.9%。

为研究808 nm和879 nm两种泵浦光对Nd∶GdVO4晶体激光输出特性的影响，并比较两种不同波长泵浦所得连续输出光的效率高低，分析了Nd∶GdVO4晶体的能级结构和两种泵浦光作用下的激光输出特性，发现在879 nm也有较强的吸收峰.用808 nm和879 nm两种不同波长泵浦Nd∶GdVO4晶体的过程是不同的，808 nm泵浦是一种间接方式能量转移的过程，在此过程中有明显的热负载产生.而879 nm泵浦是将粒子直接激励到激光辐射上能级,降低无辐射弛豫过程产生的热量.从理论上可知，879 nm的泵浦量子效率要高于808 nm的泵浦量子效率，对减少晶体的热产生有很强的优势.实验中采用激光二极管端面泵浦Nd∶GdVO4晶体直腔方案,研究了两种不同泵浦光泵浦Nd∶GdVO4晶体以获得1 063 nm的连续光，得到了两种光抽运时的斜效率，发现在同样实验条件下，879 nm泵浦的输出光斜效率在小功率泵浦时略高于808 nm；而在大功率泵浦的情况下明显高于808 nm，最高达到38%.同时，在808 nm抽运时，实验上获得了1 341 nm波长的激光，为光通讯的应用提供了一种光源.

介绍了一种能大幅降低Nd:YAG激光器热负载的新技术——低热抽运技术,该技术将斯托克斯频移减到最小,完全消除了量子效率损耗,从根源上最大限度地减少了系统的热负载,有利于进一步提高输出功率和改善光束质量。简述了低热抽运的发展概况,对其技术关键进行了理论分析,并探讨了其发展前景。

如何有效地减少抽运过程和激光发射过程中激光介质内产生的热量, 是全固态高功率激光研究过程中所面临的主要难题之一。与传统波长的抽运方式相比, 采用长波长的直接抽运技术不但可使激光介质中产生的热量减少30%～50%, 而且还可显著改善激光的输出特性。以最常用的Nd3+激光器的研究作为切入点, 简述了直接抽运技术的研究发展, 介绍了直接抽运技术相对于传统抽运技术的优缺点以及目前的研究现状, 最后对未来的发展前景作了初步分析和展望。