2μm波段激光处于人眼安全波段,在医疗、激光雷达、大气检测和塑性材料加工方面有着巨大的市场应用。另外,2μm波段激光还可以作Cr²⁺激光以及中红外光学参量振荡器的泵浦源,分别产生2.5μm和3-5μm波长范围的中红外激光。利用激光二极管或者光纤激光器泵浦掺Tm³⁺、Ho³⁺的晶体、透明陶瓷等增益介质,是产生2μm激光的主要方法。由于商业化的800nm的激光二极管可以直接泵浦Tm³⁺,因此掺铥的2μm固体激光器受到越来越多的关注。透明陶瓷有着晶体的光学和热学性质以及更好的机械性能。与晶体相比,透明陶瓷可以在更低的温度下制备出大尺寸、高掺杂浓度和复合结构。近年来,基于透明陶瓷的Tm³⁺激光器已经得到相关的研究。本文基于新型的Tm³⁺掺杂的Y₂O₃陶瓷进行了2μm波段激光特性研究,具体实验内容如下:（1）研究了Tm:Y₂O₃透明陶瓷的吸收和荧光光谱。采用波长为785nm的激光二极管泵浦作为泵浦源,比较了1at.%,2at.%和3at.%掺杂浓度的陶瓷的激光性能,在2at.%掺杂浓度的陶瓷中获得了最佳激光输出特性。通过优化谐振腔,获得了7.25W的最大连续波输出功率,斜效率为40%,波长为2050nm。（2）研究了Tm:Y₂O₃陶瓷激光器的调Q输出特性。利用声光开关实现主动调Q运转,获得了115 ns的最短调Q脉冲,重复频率为1kHz。利用Ho:LuAG陶瓷作为作为饱和吸收体,首次实现Tm:Y₂O₃的被动调Q输出,输出波长为2050nm。得到最大497 mW的输出功率,最短脉冲为642 ns,重复频率为33 kHz。研究表明,Ho³⁺掺杂的材料在2μm激光的被动调Q中有着良好的前景。（3）基于体布拉格光栅（VBG）,研究了Tm:Y₂O₃陶瓷激光器在2.1μm波段的输出特性。利用布拉格光栅作为波长选择元件及输入镜,实现激光的波长在2.1μm的输出,并用金纳米棒（GNRs）作为激光的饱和吸收体,实现在2.1μm波段的Tm:Y₂O₃被动调Q。实验得到609 ns脉宽的激光,重复频率为79 KHz,最高平均输出功率为455 mW的激光输出。实验提供了一种更有效的2.1μm纳秒激光器的实现方法。