2μm单纵模激光处在大气窗口光谱区,可被CO₂、NO₂、H₂O等分子高效吸收,凭借其独特的性质,在激光医学、激光遥感、激光雷达等多方面的应用中表现出巨大优势。自由运转下的激光器一般为多纵模激光输出,在获取单纵模激光的几种技术手段中,扭转模法通过去除空间烧孔效应获得单频光,具有结构简单、输出功率高等优点。Ho:YAG是一种综合性能极好的各向同性增益介质,使用1.9μm激光泵浦时是准二能级结构,产热低,满足扭转模法的技术要求,是作为扭转模法增益介质的良好选择,也是实现2μm激光输出的有效方案。据此,本文开展了基于扭转模法的Ho:YAG单纵模激光器研究。首先,本文对2μm单纵模固体激光器和Ho:YAG激光器的研究现状进行了介绍及分析。研究了Ho:YAG激光器的能级结构和动力学过程,基于速率方程,对激光器的输出性能进行了理论计算,研究了不同泵浦功率下晶体的热焦距情况。其次,研究了固体激光器模式振荡理论,讨论了自由运转下激光器的多纵模振荡的原因,并对扭转模法获得单频激光的原理进行了探究。根据扭转模法的技术特点,开展了对扭转模腔Ho:YAG激光器的谐振腔设计工作,为后续实现高功率、稳定的单纵模激光输出提供指导。最后,根据对激光器的理论研究结果开展了基于扭转模的Ho:YAG单纵模激光器实验。谐振腔为平凹腔结构,物理腔长约为185mm,使用2.09μm偏振片将泵浦光导入谐振腔中。激光器自由运转时,在13.4W的泵浦功率下,激光器的输出功率达3.45W,此时激光器为多纵模输出。使用扭转模法实现激光器单纵模输出,激光器阈值约为4.9W,泵浦光功率为7.13W时,获得了最大功率为720m W的2097.3nm单频激光,对应的斜率效率为31.4%,光束质量因子M²为1.15。