在光谱的2μm波段存在多个特征光谱区,加之固体激光器具有高效率、小型化、长寿命等优点,这使得2μm固体激光器在众多的科学技术领域具有广泛的应用前景。特别是,以高峰值功率的脉冲2μm激光泵浦光学参量振荡器可获得3-12μm宽带可调谐中红外激光输出。近20年来,掺铥(Tm3+)、钬(Ho3+)固体激光材料一直都是获得2μm波段激光的主要增益介质,对其研究非常广泛。时至今日,科学研究和社会生产对2μm激光器提出了在常温下高效率、高功率运转的要求。目前,只有单掺Ho固体激光器才能满足这个条件,但由于技术难度较大,研究进展较为缓慢。鉴于此,本文致力于氧化物基质单掺 Ho准二能级2.1μm激光产生机理和相关技术的研究,期望能够为相关领域的发展做出一定的贡献。　　首先,对几种重要的2μm波段固体激光器的发展概况做了详细而系统地介绍和分析,明确了各种技术途径的优缺点,指出了进行单掺Ho固体激光器研究的必要性。通过对光谱特性和热效应的分析,表明了单掺Ho激光介质在2μm激光输出方面的优势,并且指出单掺Ho激光器要求其1.91μm泵浦源应具有窄线宽和高光束质量的特性。　　根据能级跃迁理论和准二能级2.1μm激光的产生机理,建立了考虑上转换损耗和基态损耗的单掺Ho离子2.1μm激光器准二能级速率方程理论模型。使用这个模型,通过数值计算的方法模拟并讨论了与泵浦源、激光晶体和谐振腔相关的多种因素对激光器输出特性的影响,从而得出了泵浦光M2因子、泵浦光与振荡光斑比值以及输出耦合透过率等参数的最佳范围。　　为了满足单掺Ho激光器对泵浦源的要求,以体光栅(VBG)作为压窄线宽、锁定运转波长的器件,采用双Tm:YLF晶体腔内串接的方式来大幅提高注入的泵浦功率,最终获得了41.1W的1.91μm激光输出,相应斜率效率和光光转换效率分别为43.2％和36.8%。输出光谱的峰值半高宽度小于0.1nm,泵浦功率从13.1W增加到111.7W,激光中心波长只红移了0.3nm。输出功率20W和41W情况下,激光器的光束质量因子 M2分别为1.1和1.8。实现了1.91μm泵浦源的高功率、窄线宽和高光束质量输出。　　在前述工作的基础上，进行了常温运转单掺Ho:YAG和Ho:YAP连续波激光器的实验研究。泵浦功率18.1W时,Ho:YAG激光器的最大输出功率达到了10.5W,激光器斜率效率为65.7%,相应的光光效率为58%。注入泵浦功率为19.4W时,Ho:YAP激光器获得最大输出功率10.2W,相应的斜率效率和光光转换效率分别为64.0.%和52.6%。此外,使用单块非平面环形腔结构的Ho:YAG晶体,实现了最高输出功率达到7.3W的近衍射极限2.09μm单纵模激光输出。　　从实验上研究了基于声光调Q的高重复频率、窄脉宽、高峰值功率单掺Ho激光器输出特性。在10kHz重复频率下,Ho:YAG激光器获得了平均功率10.0W、脉宽25ns、峰值功率40.0kW的脉冲激光输出;Ho:YAP激光器获得了平均功率10.9W、脉宽31ns、峰值功率35.2kW的脉冲激光输出。两种单掺Ho激光器的单脉冲能量均达到了1mJ左右,相应的脉冲宽度均在30ns左右。　　最后,进行了常温运转高功率中红外ZGP-OPO的实验研究,验证了单掺Ho激光器作为OPO泵浦源的高效性。在常温条件下,以Ho:YAP激光器作为泵浦源,当注入泵浦功率为10.1W时,ZGP-OPO的最大输出平均功率达到3.7W,相应的斜率效率为59.1%,光光转换效率为36.6%。将Ho:YAG激光器加以改进,获得了25.9W平均功率的2.09μm激光,最小脉冲宽度为23ns。以其作为泵浦源,当注入泵浦功率为24.8W时,双程泵浦ZGP-OPO获得最大输出平均功率13.3W,相应的斜率效率为68.4%,光光转换效率达到53.6%。