近红外波段700～800nm宽带可调谐激光光源在医疗、雷达、显微等领域都有着广泛的应用。翠绿宝石晶体的发射波长调谐范围为701～858 nm,是一种在700～800 nm近红外波段性能优良的宽带可调谐激光增益介质和激光放大介质,具有荧光寿命长、饱和能量密度高、吸收带宽宽以及热机械性能优良等特点;同时通过单次倍频即可获得350～400 nm波段紫外激光,能极大拓展小型的翠绿宝石固体激光器在军事等领域的应用。除传统的闪光灯外,翠绿宝石晶体还可以使用蓝光激光二极管（Laser Diode,LD）、红光LD、绿光激光器、黄光激光器等多种可见光光源进行泵浦。随着高功率红光LD技术的成熟及其商业化应用,利用638 nm红光LD泵浦的翠绿宝石激光器逐渐成为全固态激光领域的研究热点。另外,590 nm黄光激光器作为翠绿宝石晶体的泵浦源,其波长恰好处于翠绿宝石晶体b轴吸收谱线峰值处,具有最大的吸收系数,而且590 nm黄光激光器亮度高,更容易获得具有低阈值、高功率的翠绿宝石激光输出。因此,基于红光LD和黄光激光器泵浦的全固态翠绿宝石激光器研究,具有重要的科学意义。1.4μm波段激光器作为人眼安全波段激光器的重要成员,在激光医疗、测距等领域都有巨大的应用价值。另外,1.4 μm波段激光器通过单次倍频可以得到0.7μm的激光,是获得700～800 nm近红外波段激光输出的有效方法之一。目前,研究者们通常使用具有优良物理和化学特性的掺Nd3+离子激光晶体充当激光增益介质来获得1.4 μm激光输出,如Nd:YAG、Nd:YAG陶瓷等。因此,作为新型晶体的Nd:LuAG混晶在1.4 μm人眼安全波段的研究具有重大意义。本论文主要基于翠绿宝石激光增益介质,首先对其晶体特性进行了详细的研究,然后分别使用高亮度光纤耦合输出红光LD、高功率光纤耦合输出红光LD、基于掺Yb光纤激光器的拉曼倍频589 nm高亮度黄光激光器以及589 nm全固态高亮度黄光激光器作为泵浦源,系统开展了对翠绿宝石激光器的温度调谐特性、波长调谐特性以及调Q激光特性等方面的研究,旨在实现高性能的翠绿宝石全固态激光输出。另外,基于Nd:LuAG新型混晶,开展了 LD端面泵浦的、输出激光中心波长为1442.6 nm的连续光与被动调Q脉冲光输出特性研究。本文具体研究内容如下:1.基于8 W高亮度光纤耦合输出红光LD,开展了翠绿宝石激光器的温度调谐特性研究。在短腔翠绿宝石激光器中,水平偏振吸收泵浦功率为4.55 W时,实现了最大输出功率1.11 W、斜效率为37.7%的连续翠绿宝石激光输出;并通过调谐翠绿宝石晶体的温度,可以成功实现对输出激光的中心波长调谐,当使用R=99%反射率的输出镜,晶体温度从7℃变化到70℃时,对应的激光波长调谐变化范围为753.98～773.4 nm。2.基于8 W高亮度光纤耦合输出红光LD,开展了翠绿宝石激光器的自调Q激光特性研究。采用短腔和W型两种谐振腔结构,通过对谐振腔进行仔细调节,均实现了稳定的自调Q激光输出;在短腔结构中,获得了脉冲宽度约为409 ns、重复频率约为182.6 kHz、平均输出功率约为657 mW的自调Q激光;在W型结构中,实现的自调Q脉冲宽度约为4.36 μs,重复频率约为12.17kHz,输出平均功率约为560 mW。3.基于8 W高亮度光纤耦合输出红光LD,开展了翠绿宝石激光器的波长调谐特性研究。采用Ⅴ型谐振腔,利用厚度为0.5 mm的双折射滤光片（Birefringent Filter,BRF）作为调谐元件,在20℃和60℃两种晶体温度下,分别实现了波长可调谐范围为 721.9～786.5 nm（64.6 nm）和 731.8～797.6 nm（65.8 nm）的翠绿宝石激光输出。在普克尔盒电光调Q翠绿宝石激光特性研究中,使用厚度比为1:2:4的三片组合式BRF作为起偏器,实现了窄线宽、波长调谐范围为735.2～787.9 nm的电光调Q激光输出;使用偏振片（Beam Polarizer,BP）和厚度为6 mm的BRF作为起偏器,通过精细调节,首次实现了基于翠绿宝石晶体的双波长电光调Q激光输出,对应的波长分别为744.4 nm&767.4 nm和 751.1 nm&761.8 nm。4.基于单台40 W高功率光纤耦合输出红光LD,开展了高功率红光LD单端泵浦的翠绿宝石连续激光特性研究。在最大水平偏振吸收泵浦功率25 W下,获得了最大输出功率为6.4 W的翠绿宝石连续激光输出。基于两台40 W高功率光纤耦合输出红光LD,开展了高功率红光LD双端泵浦的翠绿宝石激光特性研究。采用对称U型谐振腔结构,在最大水平偏振吸收泵浦功率50 W下,获得了平均输出功率为10.5 W的760 nm可见光波段激光输出,光光转换效率为20%,这是目前国内利用红光LD泵浦翠绿宝石晶体实现的最高输出功率。5.基于单台40 W高功率光纤耦合输出红光LD,利用普克尔盒电光调Q技术,开展了高功率翠绿宝石激光器的波长可调谐及单波长电光调Q、腔倒空调Q激光特性研究。当使用厚度比为1:2:4的三片组合式BRF时,实现了窄线宽、波长调谐范围为728.32～793.27 nm的电光调Q激光输出,其中,当电光调Q的重复频率设置为10 kHz,谐振腔工作在特殊波长755 nm和744 nm下,最终可实现的最大调Q平均输出功率分别为1160 mW和610 mW,脉冲宽度为961 ns和962 ns;当使用偏振片BP作为起偏器时,在重复频率10 kHz下,实现了中心波长为767.12 nm、输出功率600 mW、最短脉冲宽度919 ns的电光调Q激光输出;同时,基于偏振片BP,实现了脉冲宽度为10.2 ns、输出功率为167 mW的腔倒空调Q短脉冲激光输出。6.基于单台40 W高功率光纤耦合输出红光LD,开展了基于SESAM的翠绿宝石被动调Q激光输出特性研究。采用长度为1.54 m的W型谐振腔,在泵浦功率为24 W下,实现了最大平均输出功率为1004 mW、重复频率为33 kHz、脉冲宽度为5.87 μs的750 nm被动调Q激光输出,为国际上首次实现基于SESAM的瓦量级翠绿宝石被动调Q激光输出。7.基于单台掺Yb光纤激光器的拉曼倍频589 nm高亮度黄光激光器作为泵浦源,开展了翠绿宝石的高效率单波长、可调谐波长激光特性研究。在短腔结构中,589 nm最大泵浦功率7.7 W下,实现了最高输出功率为2.51 W、斜效率高达41%的翠绿宝石连续激光输出,这是首次利用589 nm黄光激光器作为泵浦源实现翠绿宝石激光输出。在V型腔中,利用1 mm厚度的BRF,实现了727.2～787.3 nm的连续波长调谐范围;同时,利用6 mm厚度的BRF实现了最大输出功率为1.8 W、输出波长为755.2 nm&764.2 nm的双波长激光输出。基于单台589 nm全固态高亮度黄光激光器作为泵浦源,首次开展了黄光激光器泵浦的翠绿宝石电光调Q激光输出特性研究。在X型腔中,使用偏振片BP作为起偏器,在最大泵浦功率为3.4 W,电光调Q的重复频率设置为10 kHz时,可以实现最短脉冲宽度为721 ns、输出功率为176 mW的763.04 nm电光调Q激光输出。8.基于Nd:LuAG新型混晶,开展了 LD端面泵浦的、输出激光中心波长为1442.6 nm的连续光与被动调Q脉冲光输出特性研究。当工作在连续激光状态时,泵浦吸收功率为11.1 W下,可获得的最大平均输出功率和对应的光光转换效率分别为1.83 W和16.5%。利用V3+:YAG作为可饱和吸收体,最终实现的被动调Q激光的最短脉冲宽度和单脉冲能量分别为72 ns和24.4 μJ。本文主要创新点如下:1.基于8 W高亮度光纤耦合输出红光LD,在短腔结构中实现了稳定的翠绿宝石激光器自调Q激光输出,获得的平均输出功率约为657 mW、重复频率约为182.6 kHz,脉冲宽度约为409 ns,此脉冲宽度是目前翠绿宝石自调Q激光器公开报道的最短的脉冲宽度。2.基于8 W高亮度光纤耦合输出红光LD,分别使用偏振片BP和厚度为6 mm的BRF作为起偏器时,首次实现了基于翠绿宝石晶体的双波长电光调Q激光输出,对应的波长分别为744.4nm&767.4 nm和751.1 nm&761.8nm。3.基于两台40W高功率光纤耦合输出红光LD,采用对称U型谐振腔结构,实现了功率高达10.5 W的翠绿宝石激光输出,这是目前国内利用红光LD泵浦的翠绿宝石激光器实现的最高输出功率。4.在红光LD泵浦的翠绿宝石电光调Q激光器中,首次使用厚度比为1:2:4的三片组合式BRF作为起偏器实现了线宽较窄、波长调谐范围较宽的电光调Q激光输出。当分别使用8 W高亮度光纤耦合输出红光LD和40 W高功率光纤耦合输出红光LD作为泵浦源时,获得的电光调Q波长调谐范围分别为735.2～787.9 nm 和 728.32～793.27 nm。5.基于单台40W高功率光纤耦合输出红光LD,在国际上首次实现了基于SESAM的瓦量级翠绿宝石被动调Q激光输出,获得的被动调Q激光对应的最大平均输出功率为1004 mW、重复频率为33 kHz。6.首次实现了基于掺Yb光纤激光器的拉曼倍频589 nm高亮度黄光激光器泵浦的翠绿宝石的高效率单波长、双波长以及宽带可调谐波长激光输出。另外,实现了基于单台589 nm全固态高亮度黄光激光器泵浦的翠绿宝石电光调Q激光输出,对应的最大输出功率和最短脉冲宽度分别为176 mW和721 ns。7.首次实现了LD端面泵浦的基于Nd:LuAG新型混晶的1.44μm人眼安全波段连续光与被动调Q脉冲光输出。