自激光器诞生以来,人们一直没有停止探索新激光介质材料的脚步。按照所用的激光介质种类分,激光器可分为气体激光器、染料激光器、半导体激光器和固体激光器。其中固体激光器由于体积小、效率高、输出稳定、泵浦灵活等优点,在国防、科技、医疗等各个领域都有广泛应用。一直以来,单晶是固体激光器中应用最广泛的激活介质,其类型的多样化决定了激光器的多样化,大大增加了激光器的设计灵活性。目前在高功率固体激光器中,Nd：YAG晶体由于其良好的热学、光学等综合性能,成为最成熟和应用最广泛的激光介质,但它也存在发展瓶颈,比如掺杂浓度低、生长成本高等；在中小功率固体激光器中,Nd：YVO4晶体由于具有较大的吸收和发射截面而得到普遍应用,但热效应明显以及光损伤阈值较低的缺陷影响了其在高功率激光器中的应用。近年来,以透明陶瓷作为激光介质的固体激光器引起了人们越来越多的关注。透明陶瓷作为一种新兴材料,具有高热导率、低电导率、高硬度、耐磨损、耐腐蚀等一系列优异的综合性能。与玻璃相比,陶瓷具有更好的韧性和抗光伤能力；与单晶相比,陶瓷具有更短的生产周期、更高的掺杂浓度和更低的生产成本。衡量透明陶瓷质量的参数主要有：散射率、气孔体积、晶粒尺寸和晶界宽度等。随着陶瓷制备工艺的日趋精湛,上述各参数得到了不断改进,出现了一系列优秀的透明陶瓷材料,例如：Nd：YAG陶瓷、Yb：YAG陶瓷、Yb：Y2O3陶瓷和Nd：Lu2O3陶瓷等。其中Nd：YAG陶瓷已经实现了部分产业化并且在光谱性能、荧光寿命等方面达到了与Nd：YAG单晶一致的程度,再加上易于生长成大尺寸、允许做成高掺杂浓度等特点弥补了Nd：YAG单晶所存在的缺陷,为固体激光器的发展带来了更加广阔的前景。本文系统研究了以Nd：YAG透明陶瓷作为激光介质的全固态激光器的连续、脉冲以及双波长的输出性能,并与某些单晶的实验结果进行了比较,其主要研究内容包括：1)对LD泵浦的Nd：YAG陶瓷1.06μm、1.3 pm和946 nm连续激光器进行了研究。1.06μm连续激光实验中,当泵浦功率为21.6 W时,获得了11.3 W的连续激光输出,相应的光-光转换效率和斜效率分别为52.3%和54.4%。在高泵浦功率下并未出现饱和现象,因此继续加大泵浦功率有望获得更高输出。1338 nm连续激光实验中,当泵浦功率为20.5 W时,获得了1.05 W的连续激光输出,相应的光-光转换效率为5.1%。由于在1.3μm波段存在1319 nm和1338 nm的模式竞争,为了得到单一的1338 nm波长激光输出,在腔内加入了损耗片以抑制1319nm波长激光,因此转换效率较低。946 nm连续激光实验中,分别采用了三块不同长度的陶瓷样品,通过理论计算和实验验证得出了陶瓷的最佳长度。利用长度为5 mm的陶瓷样品,当吸收泵浦功率为10.5 W时,获得了1.46 W的连续激光输出,相应的光-光转换效率和斜效率分别为13.9%和17.9%。2)利用KTP和BiBO作为倍频晶体,对LD泵浦的Nd：YAG陶瓷连续倍频绿光激光器进行了研究。实验中发现,KTP晶体的倍频性能要优于BiBO晶体,当利用KTP晶体进行倍频时,泵浦功率为26.4 W时,绿光输出功率为1.86 W,光-光转换效率为7%。在输出功率为1 W时用针孔法对绿光光斑的一维空间分布进行了测量,结果显示符合高斯分布,经计算光束传输因子M2约为1.7。这是国内首次利用Nd：YAG陶瓷进行的LD端面泵浦高功率连续波绿光输出。3)对LD泵浦的Nd：YAG陶瓷1.06μm被动调Q脉冲激光器进行了研究。1.06μm脉冲激光实验中,分别用到了Cr：YAG和GaAs两种饱和吸收体。Nd：YAG陶瓷／Cr：YAG被动调Q实验采用了三块不同初始透过率的饱和吸收体,所得到的最大脉冲能量、最短脉冲宽度和最高峰值功率分别为：188μJ、3.16 ns和59.5 kW。Nd：YAG陶瓷／GaAs被动调Q实验所得到的最短脉冲宽度、最大单脉冲能量以及最高峰值功率分别为为17 ns、41.6μJ和2.44 kW。通过与Nd：LuVO4晶体、Yb：NaY(WO4)2晶体被动调Q实验结果的比较,突显了Nd：YAG陶瓷在高功率激光器应用中的优势。4)对LD泵浦的Nd：YAG陶瓷三种不同的双波长激光器进行了研究。首次实现了Nd：YAG陶瓷1052 nm连续激光输出,最大输出功率为6.19 W,相应的光-光转换效率和斜效率分别为35.8%和39%。以Cr4+：YAG作为饱和吸收体和调制选频器件,实现了1064 nm和1052 nm双波长脉冲激光输出,并从理论上解释了两种波长的产生原因和顺序,其中最短脉冲宽度、最大脉冲能量和最高峰值功率分别为：4.8 ns、103.2μJ和21.5 kW。实现了1319 nm和1338 nm双波长连续和脉冲激光输出,并测量了总输出功率中1319 nm和1338 nm激光所占比例,最大连续输出功率为5.92 W,最大脉冲输出功率为226 mW,最短脉冲宽度和最高重复频率分别为15 ns和133 kHz。利用激光介质的高增益特性,直接将其未镀膜的抛光端面作为输出耦合镜,实现了Nd：YAG陶瓷、Nd：YAG晶体、Nd：YVO4晶体免镀输出镜介质膜的1064 nm连续激光。其中利用陶瓷得到的最大输出功率达到1.74W,光-光转换效率和斜效率分别为13.0%和19.3%,优于相同实验条件下Nd：YAG晶体和Nd：YVO4晶体的结果。在此基础上实现了1064 nm、1319 nm、1338 nm多波长连续激光运转,最大输出功率为3.2 W。通过以上研究,证明了Nd：YAG陶瓷作为激光工作物质的优越性,预示了它在多种固体激光装置中具有重要应用前景。