中红外2.8μm波段激光在生物医疗、国防军事和非线性转换研究等方面均具有重要应用,逐渐受到人们的重视并成为激光研究领域的热点之一。随着2.8μm波段激光在人体医疗中的应用日益加深,传统的静态激光已无法满足医疗操作中的精度与安全需求,利用调Q技术对微秒量级的脉冲调制不仅能缩窄脉宽,同时能够获得高强度、高质量的激光输出。本文在对该波段固体激光器作了大量调研的基础上,设计了一种Er,Cr:YSGG晶体为工作物质、新型高损伤阈值LGS晶体为电光调Q元件的纳秒级高功率中波2.8μm固体激光器。本文从Er,Cr:YSGG晶体的激光特性和调Q基本原理出发,建立独特的调Q速率方程,得到了调Q激光器关键部分参数的函数模型,理论分析了激光工作物质的热效应产生机理以及高斯光束在谐振腔中的传输规律。在对Er,Cr:YSGG激光器的设计中,采用Fluent软件对激光晶体内的热效应进行仿真,进而根据晶体热焦距的计算公式和固体激光器热不灵敏条件,将谐振腔设计为热稳腔,并优化了腔长和激光介质在腔内的位置。最后对输出耦合镜的最佳透过率大小进行数值模拟和设计。基于前期的设计与优化工作,进行氙灯侧泵Er,Cr:YSGG调Q激光器系统搭建。设计研制了基于LGS晶体的电光调Q模块,分别讨论了LGS晶体的电光特性和旋光特性对调Q工作电压和关门的影响,激光器以10Hz的重复频率静态运行时,获得了550m J的最大单脉冲输出能量,对应中心输出波长为2793.6nm。开始调Q工作前,测量了LGS模块和偏振器件的腔内插入损耗。采用退压调Q方式使实际调Q电压降至仅5000V,激光器以10Hz的重复频率调Q运行时,得到了脉宽27.4ns、能量136m J的调Q巨脉冲,此时的峰值功率为5MW,动静能量比为75.6%,经测量x和y方向上的光束质量因子M~2的值分别为1.34和1.40,实现了2.8μm脉冲激光的稳定运行。结果表明,LGS晶体作为中波2.8μm激光的Q开关具有良好的脉冲调制效果。