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固体激光器在军事、医疗、科学研究和工业加工等领域有广泛的用途。Nd3+离子激光晶体一直是固体激光器最重要的工作物质之一,在过去的几十年中,各种掺Nd3+激光材料被陆续开发出来,传统的Nd3+离子激光材料主要是各种单晶材料,如Nd:YAG/YLF/GGG等。近年来,各种混合晶体由于具有在光谱方面的独特优势,因此逐渐吸引了研究人员的兴趣。这类混合晶体是由化合价相同或大小相等的多个离子占据相同晶格位置,具有类似于玻璃化的无序结构的多种晶体的混合体。例如,在生长YAG单晶晶体过程中,加入Gd3+和Lu3+两种离子,与Y3+离子争夺晶格位置,形成的混晶激光晶体有GdYAG、LuYAG、GdLuAG等。混晶不仅具有单晶在光学方面的优点,还因其高度不对称的混乱结构,造成吸收与发射光谱都有一定的展宽,在激励源的选择和调谐激光的调谐范围方面都有一定的优势。本论文主要研究Nd:GdYAG混晶的激光性能。首先,建立了速率方程理论模型,结合两种可饱和吸收体Cr:YAG和Co:LMA的特性,用matlab软件对多波长竞争和调Q两种模式下的激光运转特性进行了仿真。其次,测量并分析了Nd:GdYAG混晶的吸收和发射光谱。最后,实验研究了 Nd:GdYAG混晶在1.06μm和1.3μm的连续波和调Q激光特性。对于连续波激光,在自由运转情况下,首先获得了 1064 nm单波长激光,最大输出功率为4.01W,斜效率为39.7%。通过在腔内插入一个标准具,对高增益的1064nm发射峰进行抑制,从而在其它低增益发射峰也获得了激光输出。其中,单波长激光有1052 nm、1061 nnm和1073 nm,对应的最大输出功率分别为2.16 W、2.88 W和2.66 W,对应的斜效应为23.9%、28.1%和26.6%;双波长激光有(1052 nm,1064nm)、(1052 nm,1073 nm)、(1061 nm,1064 nm)、(1064 nm,1073 nm),相应的最大输出功率和斜效率分别为(1.34W,14.9%)、(1.80 W,18.7%)、(1.91 W,18.5%)、(1.92 W,18.6%)。这些双波长激光通过腔外和频的方法都一一得到了验证。在腔内插入Cr:YAG可饱和吸收体,实现了1.06μm调Q激光。其中,在初始透过率T0=95.55%情况下,最大输出功率为1.51W,斜效率为15.8%,重复频率、脉冲宽度、脉冲能量和峰值功率分别为56kHz、14.7ns、27.0μJ和1.84kW。在初始透过率T0=74.11%情况下,最大输出功率为1.02W,斜效率为14.4%,重复频率、脉冲宽度、脉冲能量和峰值功率分别为7.6kHz、6.78ns、134.2μJ 和 19.8kW。1.3μm连续波激光首先获得了最大输出功率为3.12W,斜效率为29.3%,输出波长为1338nm。其次,同样进行激光调谐实验,获得的单波长激光有1318nm、1334nm和1356nm,对应的最大功率和斜效率分别为(2.33W,22.6%)、(1.63W,16.9%)和(1.83W,18.3%);多波长激光有(1318nm,1338nm)、(1318nm,1356nm)、(1338nm,1356nm)和(1318nm,1338nm,1356nm),对应的最大功率和斜效率分别为(2.04W,20.4%)、(1.63W,16.7%)、(1.81W,18.8%)和(1.44W,15.5%)。在腔内插入Co:LMA可饱和吸收体,实现了 1.34μm调Q激光。其最大输出功率为0.329W,重复频率、脉冲宽度、脉冲能量和峰值功率分别为 99kHz、366ns、3.32μJ 和 9.07W。