被动调Q固体激光器由于具备低廉的价格、简易的构造、较高的峰值功率和单脉冲能量等优点,被广泛的应用于生物医学、遥感、科研等领域。可饱和吸收体在被动调Q固体激光器中具有举足轻重的地位。Cr:YAG晶体具有极高的稳定性和可靠性,且使用寿命长、使用简单、损伤阈值高,是目前市场上用于微片激光器的一种理想的被动Q开关。此外,随着科学技术的发展,一些新型的具有非线性光学响应的宽带可饱和吸收体也相继进入科研工作者的视野,并被应用于被动调Q固体激光器中。这些新材料的制备成本更加低廉、制备工艺更加简单,是高性能被动调Q固体激光器中一种不错的Q开关,也是现在科研领域的一个新的方向。本论文主要研究了 Cr:YAG晶体和WS2纳米材料这两类可饱和吸收体的物理及光学特性,并将这两类可饱和吸收体作为Q开关应用于固体激光器中获得高性能脉冲激光输出。此外,还制作了基于Cr:YAG晶体被动调Q固体激光器的集成样机。本论文的具体内容如下:1.首先介绍了 Cr:YGA晶体和WS2纳米材料两类可饱和吸收体的物理及光学特性,然后基于脉冲固体激光器输出的弛豫振荡,介绍了调Q技术的基本原理,最后给出了速率方程推导求解的过程。2.实验研究了 Cr:YAG初始透过率、腔体长度、OC反射率对输出脉冲参数的影响,并根据实验结论设计、搭建了分离晶体被动调Q固体激光器,获得了脉冲宽度696 ps、单脉冲能量563μJ、峰值功率809 kW的调Q脉冲激光。3.将Nd:YAG/Cr:YAG键合镀膜晶体作为实验对象。采用脉冲光源激发晶体,得到了稳定的低重频调Q激光,测得输出激光脉冲宽度窄至550ps,相应的单脉冲能量为120μJ、峰值功率为217 kW。接下来,采用连续光源激发Nd:YAG/Cr:YAG键合镀膜晶体,输出激光的脉冲宽度是更宽的,为745 ps。相应的平均输出功率为492 mW,重复频率为3.1 kHz。对比之下,采用脉冲光源泵浦键合晶体由于具有更好的散热效果,相比于连续光源激发更易获得窄脉宽的调Q脉冲激光。4.设计并集成了 532 nm Cr:YAG被动调Q固体激光器样机。样机尺寸为71×34×27 mm3,输出激光的脉冲宽度为485 ps,单脉冲能量为20 μJ,峰值功率为41 kW。该激光器具有具有体积小、结构紧凑、光束质量好、性能稳定等优点。5.利用正硅酸乙酯、水、盐酸、酒精和WS2水溶液为原材料,采用溶胶-凝胶法制备了 WS2可饱和吸收体。利用扫描电子显微镜、能谱仪、拉曼光谱仪等设备对可饱和吸收体进行分析、表征,表明我们成功的制备了数层的被凝胶SiO2包裹保护的WS2可饱和吸收体。将制备的可饱和吸收体应用于Nd:YVO4激光器中,获得了平均输出功率高达3.09 W、脉冲持续时间窄至99 ns的脉冲激光。这项工作表明,溶胶-凝胶技术对于制备高性能可饱和吸收体具有巨大潜力,对于提高激光器性能参数具有重要作用。