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大功率、高亮度全固态激光器因具有输出功率大,结构紧凑,光束质量好等优点,在军事上和工业上有广泛的应用前景,是固体激光技术研究中的热点。随着激光二极管技术的进步,采用相应波长的线宽很窄的激光二极管直接泵浦激光介质在很大程度上降低了激光介质的热沉积,对激光器的平稳、高效的运转更为有利,但是,热效应仍然是大功率高亮度全固态激光器运转的瓶颈。3～5μm中红外波在探测、大气监测、光谱分析和激光雷达等方面更是有其独特的优势。近年来,随着非线性晶体PPLN等的成熟及泵浦源的改进,利用光学参量振荡器的非线性频率变换技术获得3～5μm中红外光源引起了国内外科学家极大的兴趣。本论文主要通过热效应研究来设计高亮度全固态激光器和利用内腔OPO实现连续运转3.66～4.41μm中红外光源这两方面的工作,主要内容和创新点归纳如下:1.对二极管激光器端面和侧面泵浦的固体激光器中热效应的产生和对激光器性能的影响,热透镜焦距的测量方法,以及热效应的缓解和补偿进行了详细的理论研究和数值模拟,为大功率、高亮度全固态激光器谐振腔的设计奠定了理论基础;2.利用谐振腔稳定性探测法测量了侧面泵浦的Nd:YAG激光器的热透镜焦距。根据热透镜焦距径向切向的差异,绘制了不同腔长下热透镜处的振荡光斑半径与泵浦的U型曲线,并对之进行了详细的实验研究。研究表明,当激光器运行在切向分量的稳区边缘时输出功率最大,光束质量较好,从而实现了大功率高亮度全固态激光器运转;3.建立了泵浦光为多频时的连续内腔OPO的动力学模型,并对闲频光功率特性进行了理论分析和数值模拟,为实现腔内高功率密度和高的能量转换效率奠定基础;4.设计了连续运转3.66～4.41μm波的光参量振荡器,以LD端面泵浦的Nd:YVO4激光器作为泵浦源,PPLN作为非线性晶体置于激光腔内,在国内首次实现了连续3.66～4.41μm波输出。在PPLN极化周期为28.5μm,工作温度为140°C条件下,LD功率为8.5W时,中红外3.86μm波的输出功率为155mW,光-光转换效率为1.82%。