高脉冲能量激光在医疗手术和工业加工中有着广泛的应用。随着近些年理论的发展,自调Q技术因其无需引入额外调Q器件即可获得脉冲输出,且同时具有简化激光器结构,降低制造、维护成本的优点,因此成为激光技术领域的研究热点。在自调Q激光器中,晶体同时起到增益和饱和吸收体的作用,但其受自身机理所限,无法实现高脉冲能量输出,激光放大技术可以在不改变激光特性的情况下放大脉冲能量。基于以上特征,本文完成了基于Tm:YAP晶体的自调Q脉冲放大技术课题研究,主要研究内容如下:本文首先实现了基于Tm:YAP晶体自调Q脉冲输出。分析了热透镜效应对谐振腔稳定性的影响。研究了自调Q激光器中晶体工作温度和腔长对输出功率的影响,晶体工作温度不影响自调Q激光器的阈值功率,且晶体工作温度对激光器输出功率影响较小。腔长对输出功率影响较大,在腔长L分别等于65 mm和85 mm,受到5.9 W泵浦时,输出功率相差达96 mW。优化后的自调Q激光器晶体工作在19℃,腔长L=85 mm,在5.9 W泵浦下,输出激光脉冲的脉宽和重频分别达到了1.89 μs和40.11 kHz,中心波长为1997 nm,光谱半高宽为4.3 nm。为了选择恰当的放大晶体,文中构建了放大级增益晶体的热分布模型。通过计算晶体掺杂浓度与温度的关系可知,掺杂浓度越高的晶体在内部积累的热量越多。而低掺杂浓度的晶体对泵浦光的吸收效率较小。晶体对泵浦光的吸收系数随着泵浦光在晶体内的传播距离逐渐增加,在高掺杂浓度晶体内增加速度最快。基于热累积和吸收系数综合考虑,实验选择了 3%掺杂浓度,长度为8 mm的Tm:YAP晶体。计算了晶体受不同功率泵浦光照射时内部的温度分布。晶体受泵浦光照射时端面处温度最高,且内部高温范围随着泵浦光功率的增加而扩大。为了获得高脉冲能量的激光输出,在自调Q激光器的基础上,设计搭建了单通行波激光放大器。首先研究了放大晶体对1997nm激光的吸收性质,晶体吸收功率先随着入射光功率的增加而增加,然后逐渐达到饱和。其次研究了放大器的放大效果,入射光功率分别为105 mW、324 mW和525 mW,放大级晶体受到9.5 W泵浦时,激光功率分别放大了 114 mW、125 mW和89 mW,单脉冲能量分别达到11.5 μJ、14.6 μJ和15.1 μJ,脉冲能量分别放大了 108%、38%、17%,且放大过程并未改变入射激光的脉冲特性。