近年来,激光应用领域进一步拓宽,全固态激光器也越来越受到人们的关注。由于Yb3+离子具有荧光寿命长、能级结构简单、量子效率高诸多优点,掺Yb3+晶体材料受到研究人员的青睐。在掺Yb3+激光材料中,Yb:YAG晶体具有较高的晶场分裂能、较宽的吸收带以及相对热承载小,成为LD泵浦固体激光器增益介质的主要研究方向之一。本文设计并实验研究了一种LD泵浦Yb:YAG单频激光器。本论文主要内容包括以下几个方面:第一,介绍了 Yb:YAG激光器国内外研究现状及主要发展趋势,详细论述了固体激光器的基本组成和工作特性。介绍了 LD端面泵浦Yb:YAG单频激光器的设计方案,采用波长为940nm的LD作为泵浦源,PBS和HWP组成的双折射滤光片进行纵模选择,通过调节HWP角度实现频率调谐。对LD泵浦Yb:YAG单频激光系统进行了可行性分析。第二,介绍了 Yb:YAG晶体特性。分析了晶体热效应对激光器性能的影响,设计了谐振腔参数,并采用微通道冷却系统对晶体进行冷却。最后建立了晶体的内部热效应模型,分析了冷却系统的散热效果。第三,设计了一种激光光束质量M2因子的测量系统,采用CCD获取不同传输距离处的光斑图像,通过图像处理系统,可获得光斑高斯曲线分布、三维能量分布图、激光光束远场发散角、束腰半径、束腰位置和M2因子等参数。第四,建立了激光器空腔实验系统,通过调节泵浦功率,可获得1030nm单波长振荡、1030nm和1050nm双波长同时振荡及1050nm单波长振荡等,研究了激光的功率特性和温度特性,并分析了双波长激光输出的原因。在此基础上,建立了 LD泵浦Yb:YAG单频激光实验系统,PBS和HWP组成的双折射滤光片可以选出激光单纵模,实现了 1030nm的单频激光输出。探究了 HWP绕腔轴旋转时对输出激光功率和偏振态的影响规律。通过改变HWP的倾角进行激光频率调谐,HWP倾角在2°时即可获得600GHz的频率调谐量。利用M2因子测量系统对输出激光的光束质量进行了评价。总之,本文对LD端面泵浦Yb:YAG单频激光技术进行了详细的理论分析和实验研究,获得了稳定的1030nm单频激光输出。该激光器可应用于激光干涉测量、工程制造和医学美容等领域。