由于具有窄线宽、低噪声、波长对应大气传输窗口、能够被水分子和羟基磷灰石等生物组织成分强吸收等优良特性,波长为3μm的全固态连续单频激光光源在自由空间量子信息、非线性光学、生物光子学、激光医疗、痕量气体检测等方面均有着重要的应用。特别是在8-12μm的可调谐远红外激光产生方面,对高功率窄线宽的全固态连续单频3μm激光光源更是有着急迫的需求。因此,我们基于全固态激光技术,详细阐述了利用LD端面泵浦Er:YAG激光晶体,研制全固态连续单频3μm激光器的理论研究。主要研究内容如下:1.基于文献调研详细介绍了Er:YAG晶体的性质,包括其物理特性、Er:YAG激光器的能量过程以及光谱特性。然后通过数据拟合,分析了晶体温度对受激辐射截面和能级寿命等性质参数的影响。之后理论分析了Er:YAG晶体热效应的产生机理、Er:YAG晶体的热透镜效应以及热效应作用下的热致衍射损耗的变化,最后基于降低晶体的热效应,设计了四镜环形谐振腔的各项参数。2.建立了基于Er:YAG的3μm激光系统的速率方程理论模型,并对系统的速率方程组进行了求解。根据得到的输入功率和输出功率的隐函数关系式,进一步分析讨论了不同激光器参数对连续单频3μm激光输出特性的影响。激光器参数包括:晶体掺杂浓度、晶体温度、晶体长度以及谐振腔参数(输出镜透射率、泵浦光与振荡激光模式匹配比率、单向器插入损耗)。根据理论模拟结果,确定了最优的晶体掺杂浓度,晶体长度,输出镜透射率和泵浦光与振荡激光模式匹配比率。