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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

激光技术是21世纪最为瞩目的高新科技之一，发展非常迅速。激光由于其具有高方向性，高单色性，高亮度，高相干性而对科学技术的发展起到了巨大的作用。相比于其他类型的激光器，固体激光器具有体积小、使用方便、输出功率大的独特优势。但由于固体工作物质的空间烧孔效应等原因，一般固体激光器的输出为多纵模，不同纵模在非线性频率变换过程中相互耦合会使激光器的输出功率极其不稳定，而且多纵模输出还会降低固体激光器的光-光转换效率、光束质量、可靠性、工作寿命等，从而对固体激光器的各方面实际应用产生不利影响。1960年在美国加利福尼亚，t.h.梅曼等人制作了世界上第一台激光器—红宝石激光器，它属于固体激光器。而2μm波段固体激光器近年来发展迅速，2μm波段激光器工作在对人眼安全的红外光谱带，该谱带还位于大气窗口，这使得2μm激光在大气传输过程中传输距离更远[1]。近年来随着2μm激光技术的发展，各种类型的连续运转及脉冲运转的2μm激光器取得了十足的进步[2-5]，并被广泛应用于环境监测、激光医疗、激光雷达，以及微加工和材料处理等领域[6-8]。但激光器性能的优劣在很大程度上制约着相关技术领域的发展。因此，为满足科学研究、工农业生产以及军事应用等方面的需求，对具有高性能激光输出的2μm激光器进行研究具有重大意义。本课题基于旋光效应设计ho:yvo4环形腔单纵模激光器，实现高功率、窄线宽的2.05μm单纵模激光输出，可以作为激光雷达的激光光源，其综合性能优于nd:yag固体激光器和co2激光器。本课题的成功实施将为提高2μm单纵模激光器输出功率奠定理论和技术基础，为激光雷达提供更好的光源，具有重要的科学意义和实际应用价值。

国内外研究现状

根据谐振腔原理可知，两相邻纵模间的频率差因此，纵模频率间隔和谐振腔的腔长成反比。要想得到单纵模的输出，只要缩短腔长，使的宽度大于增益曲线阈值以上所对应的宽度即可。图2-1为典型的短腔激光器实验装置，激光介质厚度小，纵模间隔较大，易于获得单纵模输出，但同时增益小，输出功率小。

2. 研究的基本内容

基于对上述文献取得成果的分析和总结，我们发现目前仍需研制高功率的2μm单纵模激光器。为了实现高功率、窄线宽的2.05μm单纵模激光输出，本论文基于旋光效应设计ho:yvo₄环形腔单纵模激光器，以期为激光雷达提供更好的激光源，论文的主要研究内容如下：

（1）从ho: yvo₄晶体的物理及光谱特性出发，对ho:yvo₄激光晶体的热效应进行理论模拟分析，为单掺ho激光器的设计提供理论依据。

（2）设计ho: yvo₄环形腔激光器，理论模拟分析谐振腔的热稳定性。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

首先分析ho: yvo₄晶体的物理及光谱特性，并建立ho:yvo₄激光晶体的热效应模型，数值模拟分析ho:yvo₄晶体内部的温度场及热焦距，为单端泵浦ho:yvo₄激光器的设计提供参考。然后理论分析环形腔消除空间烧孔效应，实现高功率单纵模的原理，结合对ho:yvo₄热透镜效应的分析，进行谐振腔的设计和稳定性的分析。最终基于旋光效应完成ho: yvo₄环形腔单纵模激光器的设计，以论文形式进行总结。

2018年11月-2019年1月：确定研究课题并阅读相关资料翻译相关外文文献，分析ho: yvo₄晶体物理、光谱特性。

2019年3月-4月：用软件对ho:yvo₄晶体内部的温度场及热焦距进行数值模拟并分析。

4. 参考文献

[1] 林志锋, 高明伟, 高春清, 激光二极管端面抽运tm:yag激光器[j]. 中国激光，2007，34（2）：181~185.

[2] 余胜利. 端面抽运tm, ho: ylf连续激光器参数优化及热效应研究[d]. 哈尔滨工程大学, 2007.

[3] 王月珠, 贺万骏, 姚宝权, 等. 激光二极管双端面抽运tm: ho: gdvo₄ 2μm激光器[j]. 中国激光, 2006, 33(6): 730-733.