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钛宝石激光器具有许多独特的优点，因而其在各方面有着广泛的应用。目前国内的研究领域已经涉及到了钛宝石激光器研究的各个方面。
本论文工作分两大部分：首先，论文在综述钛宝石激光器发展历史的基础上，通过推导并求解钛宝石激光器的速率方程，对钛宝石激光器振腔结构进行理论分析及仿真模拟，并根据动力学方程理论计算了特定波长输出的钛宝石激光器的优化的理论输出耦合值。论文针对课题研究的需要，提出了一种新型的双钛宝石晶体环形腔结构。该谐振腔为四境环形行波腔，双晶体关于一个腔镜对称放置在谐振腔的两臂上。泵浦光为两束10Hz的Ld阵列侧向泵浦的Nd：YAG激光的倍频光，腔镜用到了两块经过切割的910nm全反镜，使得两束泵浦光不经过腔镜而分别直接端面泵浦钛宝石晶体。我们采用了腔镜镀膜的方式来对波长进行粗选，然后利用了种子注入的方式来压缩线宽。实验得到了钛宝石激光的光谱图样。
其次，高重复率的调Q固体激光器的热效应主要包括热透镜效应和热致双折射效应。由于电光调Q激光器中需要插入偏振器件，热致双折射效应将导致严重的热退偏损耗，影响了激光器的输出功率。本文设计了一种新型双电光Q开关热退偏损耗补偿谐振腔，对1kHz的调Q Nd-YAG激光器进行了热退偏损耗补偿。通过实验测量比较了激光介质端输出的热退偏补偿谐振腔、调Q端输出的热退偏补偿谐振腔和未热退偏补偿谐振腔的输出功率、发散角、脉宽、偏振度等参数。
实验结果显示，相同的情况下，从激光介质端输出的热退偏补偿谐振腔的输出功率比未补偿的提高了74.7％，得到了最大脉冲能量为26.2mJ的激光。光光效率为8.5％，提高了3.6％，光束发散角约为1mrad，很好的补偿了热退偏损耗。