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1.5μm波长激光具有对人眼安全、大气传输损耗低等优点，在激光测距、光通讯、大气数据测量、激光外科手术等方面有着广泛的用途，研发这一波段的激光已成为当前学术和工程界的热点之一。与其他产生1.54μm激光的途径相比（比如半导体激光器、闪光灯抽运Er：YAG激光器等），利用激光二极管（LD）抽运Er-Yb共掺磷酸盐玻璃直接得到1.54μm激光更为方便高效。Er-Yb共掺磷酸盐玻璃是目前为止所发现的最适合产生1.54μm激光的材料，而且LD抽运Er-Yb共掺磷酸盐玻璃激光器具有结构紧凑、效率高、成本低、工作稳定、全固化、光束质量好等多种优势，是一种非常有研究价值和发展潜力的新型激光器。
Er离子的能级非常丰富，Er-Yb共掺磷酸盐玻璃中离子间存在复杂的跃迁机制和荧光跃迁过程，如：激发态吸收、共协上转换、交叉弛豫及Yb3+的敏化。尤其是在高掺杂浓度和高抽运功率情况下，这些相互作用对激光增益性能有很大的影响。处于能级4I11/2、4I13，2上的粒子经共协上转换和激发态吸收上转换过程跃迁到更高能级，一部分跃迁回基态或其它低能级发出上转换荧光（2H11/2→4I15/2的绿光，4F9/2→4I15/2的红光等等），此过程中相当多的粒子通过能级间的无辐射弛豫转化为热量，消耗了大量的抽运功率，降低了抽运效率。因此研究上转换过程对Er-Yb共掺磷酸盐玻璃激光器的影响是非常必要的。
LD端面抽运Er-Yb共掺磷酸盐玻璃激光器中，除上转换过程中的多声子无辐射弛豫会产生热量外，材料本身的低热传导率、高吸收抽运功率和量子亏损等均使多余热量沉积在玻璃中，这些热沉积导致了严重的热效应（主要是热透镜效应），既降低了激光效率又改变了激光腔模参数。国内外已有大量文章研究固体激光器中的热效应，但大多数集中在掺Nd和Yb材料，有关Er-Yb共掺磷酸盐玻璃激光器的热效应的研究相对缺乏。研究LD抽运Er-Yb共掺磷酸盐玻璃激光器中的热效应及其对激光输出的影响具有重要指导意义的。
本文首先设计了LD端面抽运Er-Yb共掺磷酸盐玻璃激光器连续运转情况下的上转换发光的光谱实验。并通过对测量的上转换650nm红光和520nm，534nm绿光的跃迁过程分析，证明上转换过程和激光输出功率之间存在着竞争关系，Er-Yb共掺磷酸盐玻璃激光器中上转换过程对激光输出存在着不可忽略的影响。对此我们采用Mathematica软件对LD端面抽运Er-Yb共掺磷酸盐玻璃微片激光器的速率方程理论进行数值模拟，定量研究共协上转换和激发态吸收上转换对激光输出的影响。在此基础上，提出了确定LD端面抽运Er-Yb共掺磷酸盐玻璃微片激光器腔内损耗的方法，该方法是将速率方程理论计算和实验结果进行对比分析，模拟出不同谐振腔的腔内损耗。对不同输出镜和不同腔长的研究结果表明腔内损耗随着腔长和输出镜曲率半径的增大而增大。最后考虑到上转换效应的影响，理论上计算出符合高效率稳态运转的要求的激光腔的参数，即腔内损耗、输出镜透过率、振荡光斑和抽运光斑之比等。
其次对激光器中的热效应问题进行了详细而具体的研究。利用有限元模型计算温度和热应力分布，推导出光程差分布和热致衍射损耗；理论计算表明在LD端面抽运Er-Yb共掺磷酸盐玻璃微片激光器中采用端面冷却的方式可以降低激光介质端面的温度，减小热应力分布；热致光程差随半径成对数减小，并且随抽运功率的增加而增大；热致衍射损耗随振荡与抽运光斑之比（ω0/ωp）和抽运功率的增加而增加；根据激光谐振腔的简化传播圆理论，采用刀口法测量LD端面抽运Er-Yb共掺磷酸盐玻璃微片激光器中激光束腰，进而推算出热透镜焦距的方法，当抽运功率增大时，热透镜焦距会变小，热效应更加严重。然后，分别根据热透镜焦距和速率方程理论，得到热负荷（thermal loading），研究了热负荷随激光输出功率的变化关系。两种方法符合得很好。
热效应使得高输出功率和高光束质量常常不能同时满足，本文从改善激光器运行特性、提高输出功率和改善光束质量的角度出发，研究热效应对LD抽运Er-Yb共掺磷酸盐玻璃激光器激光输出性能的影响。由传播圆判断谐振腔稳定性的理论得出存在热透镜效应时谐振腔的稳定区域，表明两者的依赖关系。由高斯光束经过热透镜后光束品质因子和模式匹配效率的公式计算表明，当抽运功率增加时热透镜效应使得光束质量下降、模式匹配变差，从而降低输出功率。
通过对本课题的研究，为设计LD端面抽运Er-Yb共掺磷酸盐玻璃微片激光器时解决上转换效应和热效应问题提供了良好的思路，为研制稳定、高效率和高光束质量的激光器提供了新的启迪。