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中红外8~10μm波段激光在光电对抗、环境监测、激光雷达、激光医疗和光谱学研究等领域有重要应用。用2μm激光泵浦ZnGeP2 (ZGP)光学参量振荡器(OPO)是获得8~10μm激光的有效手段。并且2μm波段激光也处于大气窗口,是激光测距、激光雷达、激光遥感、激光成像、激光外科手术等领域的理想光源。LD泵浦的Tm,Ho激光器是获得2μm激光的有效途径。因此,本论文研究内容具有非常重要的意义。本论文的主要工作是理论结合实验对LD泵浦的Tm,Ho激光器、ZGP OPO及相关技术进行了研究,获得了高功率的2μm激光,并用2μm激光泵浦ZGP OPO获得高平均功率的8~10μm参量激光输出。在理论方面,主要分析了Tm,Ho激光理论和OPO理论。在Tm,Ho理论方面,以能级结构为基础,分析了Tm,Ho:YAP和Tm,Ho:GdVO4晶体在800nm附近的吸收光谱和在2μm附近的发射光谱。考虑上转换效应,建立了准四能级速率方程,分析了Tm,Ho激光器的抽运阈值和斜率效率。从激光场的运动方程出发,分析谐振腔的光子增益和损耗,以及模体积对增益和损耗的影响。在OPO理论方面,以稳态耦合波方程为基础,分析了OPO的增益、阈值、以及转换效率,比较了SRO和DRO的阈值和效率,并得出了相位匹配为OPO最佳工作状态的结论。根据相位匹配,分析了OPO输出波长及调谐技术,得出获得特定输出波长,晶体的最佳切割角。介绍了ZGP晶体的物化和光学特性,并计算出不同泵浦波长泵浦ZGP OPO的I类和II类相位匹配输出波长随入射角度调谐的曲线,分析了Tm,Ho:GdVO4激光泵浦ZGP OPO的波长调谐特性。在实验方面,比较研究了Tm,Ho:YAP和Tm,Ho:GdVO4晶体在低温下的激光性能,设计出了Tm,Ho激光器,并用其泵浦ZGP OPO获得8~10μm激光输出。研究了谐振腔参数对Tm,Ho:YAP和Tm,Ho:GdVO4激光器的输出功率、转换效率、谐振腔稳定性的影响。以实验为基础,设计了液氮制冷的高效率、高光束质量的LD双端面泵浦Tm,Ho:YAP和Tm,Ho:GdVO4激光器。其中,c-cut Tm,Ho:YAP激光器在2044nm和2132nm处获得了连续和脉冲激光输出。运行在2044nm时,连续输出功率9.30W,光-光转换效率为37%,斜率效率为41%;运行在2132nm时,连续输出功率为8.76W,光-光转换效率为35%,斜率效率为42%。低温运行的b-cut Tm,Ho:YAP激光器获得了2120nm激光输出,连续输出功率为8.36W,光-光转换效率为33%,斜率效率为36%。在实验上优化了2μm激光器的波长、泵浦光斑大小以及单脉冲能量,降低了8~10μm ZGP OPO的阈值。研究了8~10μm ZGP OPO输出波长与泵浦光入射角之间的关系,发现在8~10μm波段最高效率运行的波长为8.08μm,相应的晶体切割角为51.4°。ZGP OPO运行在8.08μm,研究了影响ZGP OPO输出功率及转换效率的相关参数,得出了最佳泵浦光斑直径为0.85mm,最佳谐振腔长32 mm,最佳晶体的温度为15oC~19oC,最高输出功率达到1.44W。