通过双波长理论计算确定了双波长运转时腔镜介质膜在不同波长的最佳透射率以及激光腔内不同波长的衍射损耗,最终利用四腔镜双谐振腔结构实现了激光二极管(LD)侧面抽运Nd:YAG激光器在1064 nm和1319 nm的双波长同时连续运转,并分析了激光腔长与双波长激光输出功率比值之间的关系以及抑制1338 nm等其他波长运转的方法。在抽运功率为500 W时,实现了平均功率超过45 W的连续激光输出,1064 nm和1319 nm单一波长连续输出功率均超过20 W。两波长输出的光束质量因子M2分别为32和39。输出功率不稳定性均小于5%。

构建了腔内倍频条件下考虑空间烧孔效应的1079.5 nm和1341.4 μm双波长激光的速率方程,通过数值计算分析了激光运转的特性,通过比较增加主跃迁的倍频几何因子和增加主跃迁的腔内附加损耗这两种方法获得均衡的双波长倍频输出情况,发现增加倍频几何因子的方法比增加损耗的方法效率更高.

利用半导体激光器端面抽运Nd3+:YAlO3(Nd:YAP)晶体,采用五镜环形谐振腔及KTiOPO4(KTP)晶体进行内腔倍频,同时获得了0.54 μm和1.08 μm双波长连续激光输出。计算并比较了谐振腔的两个凹面镜在取不同曲率时形成的基频光腰斑半径,及凹面镜在不同的入射角度下引起的像散,最终确定两凹面镜的曲率半径均为100 mm,其入射角度小于3°,以提高倍频效率。改进冷却和控温系统,并选取掺杂浓度较低(0.6 at.-%)的Nd:YAP激光晶体,以降低激光介质的热透镜效应。在光抽运功率为10 W,稳频伺服系统运转下,绿光和红外光的输出功率分别为1.02 W和700 mW,频率稳定性优于±484 kHz和±240 kHz,功率波动小于±0.65%和±0.5%。