论文摘要：全固态2μm Tm:YAG激光器优化设计理论与实验研究

高功率全固态2μm激光器在国防、科研、工业加工、医疗等领域有重要的应用价值。获得高功率、高光束质量的激光输出，是提升激光器应用潜力的重要途径，也是当前的研究热点之一。基于此，研究全固态2μm Tm:YAG激光器的优化设计。深入分析了全固态Tm:YAG激光器的工作机理，进行激光器热效应的研究，对激光谐振腔的结构进行分析与优化，并搭建实验平台，开展了激光器优化设计的实验研究，完成了激光系统输出特性的测试，实现了系统的优化以及高功率、高光束质量的激光输出。文章的主要研究内容包括：

首先，对Tm:YAG激光器理论部分进行了研究，通过对Tm:YAG晶体性能及能级结构的研究，对激光的发光机制及动力学过程进行了深入的分析与研究。建立了激光器的动态模型速率方程，数值模拟了输出耦合、输出阈值与输出功率的关系。最后，对Tm:YAG激光器的泵浦方式进行了研究与比较。

其次，针对激光系统中存在的热效应问题，分别对Tm:YAG激光器中晶体棒及激光输出窗口的热效应进行了分析与数值模拟研究。建立了二极管阵列双线侧面泵浦Tm:YAG激光晶体棒的传热模型，对晶体棒中的光场分布情况进行了数值模拟研究。以热传导理论为基础，通过有限元方法对晶体内部温度场分布情况进行了模拟，并对参量进行了优化。建立激光窗口材料的热—力学模型，求得了光学窗口在连续高功率激光连续输出时温度场与应力场的瞬态解析表达式，对窗口的温度、应力场进行了数值模拟研究，并对窗口的损伤机理进行了分析。

再次，开展了多模块串接技术的研究，对全固态激光器的谐振腔进行了分析与优化。本章基于激光谐振腔的传输理论，分析了双模块串接谐振腔和三模块串接谐振腔的动态稳定特性，构建了包含热透镜的矩阵传输理论模型，分析了谐振腔腔型及腔长对激光谐振腔热稳定性的影响，分别对双模块谐振腔及三模块谐振腔进行了研究及优化，为激光谐振腔设计奠定了理论和数据基础。

最后，开展了Tm:YAG激光器优化设计的实验研究。结合理论分析结果，搭建了单模块、双模块、三模块串接下的Tm:YAG激光系统，并对激光系统的输出特性进行了测试，实现了高功率的激光输出。

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