频率差在0～10 THz的双频/双波长激光信号在很多领域有潜在的应用,如光生微波/毫米波、多普勒激光雷达和光生太赫兹波等。掺钕材料的激光增益介质,由于具有较大的发射截面和宽带泵浦光吸收特性,是双波长激光器的理想增益介质材料,这也使它成为近年来双波长激光器领域的重要研究对象。本文设计了基于Nd:YVO4/Nd:GdVO4组合晶体的双波长激光器,研究了双波长激光器的热效应及双波长信号的频率差调谐特性,具体内容如下:(1)回顾了可调谐双频/双波长激光器在国内外的发展趋势,并简要概括了当前国内外可调谐双频/双波长激光器的研究现状。(2)研究并探讨了双波长激光器的系统构成及运转条件,并推导了组合晶体双波长激光器的稳态速率方程。在此基础上进一步分析了双波长激光器的输出特性,为输出光束质量提供了理论参考,同时讨论了双波长激光器的频差调谐机制。(3)研究了 Nd:YVO4/Nd:GdVO4组合晶体热致频差调谐理论。首先分析了热效应产生的原因及影响,推导并证明了热致波长漂移公式;然后通过有限元分析的方法对Nd:YVO4/Nd:GdVO4组合晶体的温度场进行建模分析。仿真结果表明:Nd:YVO4/Nd:GdVO4组合晶体的中心温度与LD泵浦功率、温控温度均呈正相关线性关系,与热传导系数呈非线性关系。根据实验LD泵浦功率为2.23W,热传导系数为5000W/m2的情况下,Nd:YVO4晶体中心温度与Nd:GdVO4晶体中心温度的温差稳定在28.3℃,Nd:YVO4晶体中心温度与温控温度的温差稳定在52℃,Nd:GdVO4晶体中心温度与温控温度的温差稳定在23.7℃。(4)基于Nd:YVO4/Nd:GdVO4组合晶体的热效应仿真结果,进一步探究了双波长激光器的频差调谐特性。实验中固定抽运功率,通过调节热沉温控温度,实现了 310 GHz以上的可调谐大频差双波长激光信号输出,调谐速率为-0.95 GHz/℃,与温控温度呈负相关关系。对于实验结果,从Nd:YVO4/Nd:GdVO4组合晶体发射谱的温度漂移特性角度进行了分析,发现激光波长漂移由晶体发射谱随温度的漂移引起,双波长信号的频率差变化则由不同晶体的温度漂移速率不同引起,分析结果与双波长激光器频率差实验结果符合较好。以此验证了Nd:YVO4/Nd:GdVO4组合晶体发射峰的热致漂移特性是实现频差调谐功能的最直接因素。