中文摘要：

2.79μm激光在组织中的穿透深度为微米量级，是对组织进行精密、快速切割的理想光源，但当前2.79μm激光器输出功率和效率都很低，不能很好地满足应用需求。项目针对掺铒YSGG晶体热效应严重，制约2.79μm激光器的高平均功率运转这一关键问题，首次提出采用热致折射率Er:YSGG晶体波导板条技术，通过板条晶体改善热控管理，并利用晶体热效应所导致的抛物线折射率分布，对激光振荡进行引导和选模。该方案结合了传统平板波导激光器和板条激光器的优点，散热效果好、波导选模，又不需要传统多层平板波导和板条的复杂加工技术，方案简单、易于实现。预期可以建立热致折射率Er:YSGG平板波导导波、选模理论，阐明热致折射率平板波导的模式竞争机制，建立Er:YSGG晶体激光器高平均功率、高光束质量运转方法，实现较高功率的2.79μm激光输出。研究成果在生物医学和光电对抗领域具有较大的应用价值。

结论摘要：

2.79 μm激光在组织中的穿透深度为微米量级，是对组织进行精密、快速切割的理想光源，但当前2.79 μm激光器输出功率和效率都很低，不能很好地满足应用需求。项目针对Er:YSGG晶体热效应严重，制约2.79 μm激光器的高平均功率运转这一关键问题，首次开展了Er:YSGG热致折射率平板波导激光器理论分析和实验研究。分析了有界抛物线平板波导Er:YSGG第零阶和第一阶导波修正值，计算了Er:YSGG热致折射率平板波导导波状态，对Er:YSGG板条激光器的热分布进行了数值计算，并对Er:YSGG板条激光器进行了实验研究。研究结果表明适当设计板条泵浦区参数，可以使激光器工作在需要的模式状态；采用双侧泵浦Er:YSGG板条激光器获得了1.84 W的连续激光输出，为目前已报道的侧面泵浦Er:YSGG板条激光器的最高功率；并采用热致折射率理论解释了双侧泵浦Er:YSGG板条激光器在非稳定谐振腔条件下稳定输出2.79 μm连续激光的机制。 为探索减小Er:YSGG晶体热效应影响的方法，开展了对键合晶体Er:YSGG/YSGG激光器的理论分析和实验研究。采用有限元方法，模拟计算了未掺杂晶体长度对键合晶体最高温升的影响以及键合晶体中的温度分布，分析了键合晶体Er:YSGG/YSGG相比于Er:YSGG在减小热透镜影响的优势，并实验研究了键合晶体的激光性能。研究结果表明未掺杂YSGG晶体的长度具有一定的导热效应，通过键合一定长度的未掺杂晶体，可有效减小Er:YSGG晶体的最高温升。利用键合技术可有效改善晶体热效应的影响。利用Er:YSGG晶体实现了最高504 mW的连续2.79 μm激光输出，与目前已有报道的端面泵浦Er:YSGG晶体最高输出功率相同。利用键合晶体Er:YSGG/YSGG实现了最高904 mW的连续2.79 μm激光输出，为目前已有报道的端面泵浦Er:YSGG晶体的最高输出功率。 为了实现高功率准连续2.79 μm激光输出，开展了准连续半导体激光器侧面泵浦Er:YSGG激光器实验研究。研究结果表明利用准连续半导体激光器侧面泵浦Er:YSGG晶体可实现单脉冲能量为9.8 mJ的2.79 μm激光输出，对应的峰值功率为9.8 W。但由于热效应的影响，Er:YSGG晶体不适用于进行高重复频率2.79 μm激光输出。