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激光二极管(Laser Diode, LD)泵浦的全固态激光器因其体积小、稳定性高、寿命长等优点,已经被广泛应用于科学研究、工业制造、激光医学和国防科技等领域。通过纵模选择技术,实现激光器单频运转,会有效降低输出激光的强度与位相噪声,增加其相干长度。因此,单频激光器在量子信息、量子光学和冷原子物理等研究领域扮演着越来越重要的角色。同时,随着研究工作的不断深入,人们对激光源输出功率的提高和噪声水平的降低也提出了愈来愈高的要求,甚至需要一种低于散粒噪声基准(shot noise limit, SNL)的非经典光源。因此,为了满足以上领域对低噪声光源的应用需求,我们开展了高功率全固态单频激光器和非经典光源产生装置方面的研究工作。在高功率单频激光器研究方面,主要介绍我们在全固态高功率单频激光器研究中遇到的热效应问题,并且针对出现的问题提出了相应的解决方法。首先,为了满足量子光学研究领域中纠缠态与压缩态光场产生实验对泵浦多个光学参量振荡器(Optical Parametric Oscillator, OPO)或者光学参量放大器(Optical Parametric Amplifier, OPA)应用的需求,我们将激光器谐振腔的设计与内腔倍频中的最佳非线性耦合条件相结合,优化了环形谐振腔,完成了540/1080nm双波长输出Nd:YAP/LBO高功率单频激光器的研制。其次,采用相同的腔型设计,通过改善Nd:YVO4晶体的热效应,完成了输出功率高于10W的532nm单频激光器的设计和样机运转。在非经典光源研制方面,我们利用全固态单频激光器泵浦工作于阈值以下的非简并光学参量放大器(Non-degenerate Optical Parametric Amplifier, NOPA),完成了1080nm连续变量量子纠缠光源样机的研制。该样机集小型化1080/540nm激光器、NOPA和Bell态探测系统为一体,并且配置了一体化的锁定系统、温度控制系统和直流供电系统,实现了纠缠态光场产生装置的小型化与集成化。在以上研究工作中,我们取得了如下成果：1、低掺杂浓度Nd:YVO4晶体的应用：在808nm波长端面泵浦时,Nd:YVO4晶体对泵浦光的吸收系数较高,晶体内会产生严重的热效应,限制激光器输出功率的提高,导致输出激光光束质量变差。在532nm高功率单频激光器的设计中,为了进一步降低Nd:YVO4晶体的热效应,我们将晶体的掺杂浓度由之前的0.3at.%降低为0.2 at.%,减轻了晶体的热效应。最终,完成了最高输出功率为11.47W的532nm单频激光运转。2、两凸-两凹四镜环形谐振腔的设计：我们通过分析内腔倍频效率与谐振腔参数之间的关系,设计了由两面凸面镜和两面凹面镜构成的四镜环形谐振腔。与两面平面镜和两面凹面镜组成的四镜环形谐振腔相比,该腔型扩大了激光晶体处的光斑尺寸,有利于改善晶体的热效应；同时缩小了两凹面镜之间的腰斑半径,有利于提高内腔倍频的转换效率。最终,通过采用该腔型,我们获得了最高输出功率为4.5W(1.5W)的540nm(1080nm)单频Nd:YAP/LBO激光输出；同时,采用该腔型,我们完成了输出功率高于10W和20W的单频532nm激光器样机的研制。3、像散自补偿原理：实验表明,Nd:YVO4晶体激发的π偏振光存在严重的热透镜像散,导致激光器工作稳区产生分离,严重影响了激光器的稳定性。为了补偿热透镜像散,我们将Nd:YVO4晶体以c轴平行于环形谐振腔子午面方向放置,通过优化谐振腔参数,实现了热透镜像散与谐振腔像散的相互补偿,从而获得了稳定的单频激光输出。采用像散自补偿的办法,10W和20W的532nm单频激光器的输出功率及其稳定性和光束质量均得到了明显改善。4、直接泵浦方式的应用：为了进一步改善激光晶体的热效应,我们采用888nm波长的LD泵浦Nd:YVO4晶体,在1064nm激光输出时,与808nm泵浦方式相比,量子亏损降低了7.5%,同时,888nm波长表现出无偏振吸收的特性,因而晶体的热效应大幅度降低。最终,通过采用888nm波长的泵浦源,我们获得了输出功率高于20W的532nm单频激光输出。5、晶体边界温度对输出激光特性的影响：能量传输上转换效应(Energy Transfer Upconversion, ETU)与晶体的掺杂浓度有关,随着掺杂浓度的升高ETU效应加剧。在888nm波长泵浦条件下,我们选择Nd:YVO4晶体的掺杂浓度为0.8 at.%,因而需要考虑ETU效应对热效应的影响。然而,在我们的研究中发现,ETU不仅与掺杂浓度有关,还受到晶体边界温度的影响。当Nd:YVO4晶体的边界温度由20℃升高到80℃时,532nm单频激光器的输出功率由25.3W降低至13.5W。因此,为了提高激光器的输出功率,需降低晶体的边界温度。6、连续变量量子纠缠源样机：采用540/1080nm双波长输出的Nd:YAP/KTP单频激光器泵浦工作于阈值以下的NOPA,完成了1080nm连续变量量子纠缠光源样机的研制。该样机集全固态单频激光器、NOPA和Bell态探测器于一整块铸铝底板上,同时配置了一体化设计的四路PID、温度控制仪和直流电源的纠缠源控制系统,实现了可稳定工作30min以上、低于SNL 5dB以上的纠缠光输出。