固体激光器在激光加工、激光雷达和光电对抗等领域具有广泛的应用,激光介质作为激光器的重要组成部分,是激光技术发展的核心和基础,研究并探索新型激光晶体的激光输出特性具有重要意义。本文中研究的新型混晶Nd:GdYTaO₄和Nd:GdYNbO₄与常用晶体相比较,对于输出1066 nm的激光上能级寿命更适中,具有高性能、高重频脉冲输出的潜力,本文从缓解激光晶体在泵浦作用下的热效应角度出发,采用直接泵浦方式,研究新型混晶Nd:GdYTaO₄和Nd:GdYNbO₄激光器的调Q输出特性。本文首先对激光介质在泵浦源作用下的热效应、间接泵浦技术与直接泵浦技术进行了介绍,采用直接泵浦技术将基态粒子直接泵浦到产生激光的上能级,能有效缓解晶体的热效应。理论计算表明采用879 nm代替808 nm泵浦,热负载相对减小了约27.3%;仿真与实验结果基本吻合。对直接泵浦Nd:GdYTaO₄和Nd:GdYNbO₄晶体的可行性进行了研究分析,对比研究了间接泵浦808 nm LD与直接泵浦879 nm LD进行泵浦时的激光器输出性能。用879 nm LD代替808 nm LD泵浦时,Nd:GdYTaO₄激光器的最高连续输出功率从5.1 W提升到9 W;Nd:GdYNbO₄激光器的最高连续输出功率从2.1 W提升到6 W。在声光调Q激光器实验中,输出重频为20 kHz时,Nd:GdYTaO₄激光器的单脉冲能量、脉宽、峰值功率从47.5μJ、34.8 ns、1.4 kW提升到93.5μJ、20 ns、4.7kW;Nd:GdYNbO₄激光器的单脉冲能量、脉宽、峰值功率从41μJ、24.5 ns、1.68kW提升到75.7μJ、17.5 ns、4.25 kW。879 nm LD直接泵浦方式能有效提升Nd:GdYTaO₄和Nd:GdYNbO₄的连续与脉冲输出性能。在被动调Q激光器研究中,为了进一步减小晶体的热效应,采用了脉冲泵浦的方式。不加被动调Q晶体时,泵浦重频为1kHz,泵浦脉宽为200μs,Nd:GdYTaO₄晶体吸收泵浦能量7.2 mJ,最高输出能量为4.1 mJ,斜效率为58.5%;Nd:GdYNbO₄激光器吸收泵浦能量5.79 mJ,最高输出能量为2.47 mJ,斜效率为48.7%。与879nm LD连续泵浦相比,采用脉冲泵浦方式,激光器的转换效率与斜效率都有了提升。当Cr⁴⁺:YAG初始透过率为50%时,Nd:GdYTaO₄激光器每个泵浦周期内有一个脉冲,获得了单脉冲能量151μJ,脉冲宽度7 ns,峰值功率21.6 kW的激光输出;Nd:GdYNbO₄激光器每个泵浦周期内最多有7个脉冲,最高重频为38.2 kHz,获得了单脉冲能量158μJ,脉冲宽度5 ns,峰值功率31.6 kW的激光输出。当Cr⁴⁺:YAG初始透过率为90%时,Nd:GdYTaO₄激光器获得最高重频为116.6 kHz,Nd:GdYNbO₄激光器获得最高重频为127.5 kHz,具备高重频脉冲输出的潜力。