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近红外1.5μm激光具有人眼安全、穿透烟雾能力强和在光纤中传输损耗低等特点,被广泛应用于激光测距、激光雷达与遥感、大气探测、光通信以及量子光学和量子信息研究等领域。尤其是基于1.5μm连续变量量子纠缠源的量子密钥分发,可以实现最长距离的量子保密通信。为了制备该波段的连续变量量子纠缠源,需要研制高功率、低噪声连续单频1.5μm激光光源。近年来,随着准相位匹配晶体制造技术的日益成熟和连续单频激光器输出功率的不断提高,单共振光学参量振荡器(singly resonant optical parametric oscillator, SRO)逐渐成为获得高功率连续单频1.5μm激光的重要器件。本文中我们详细阐述了利用SRO获得稳定、高功率、窄线宽、低噪声连续单频1.5μm激光的研究工作。主要研究内容如下：1、通过优化SRO的输出耦合,获得了6.2 W的窄线宽连续单频1.56μm激光。首先,考虑泵浦光单次穿过(SPP)和双次穿过非线性晶体(DPP)两种泵浦结构,在准直高斯光束近似下,理论研究了不同泵浦和共振信号光斑的重叠下两种泵浦结构的SRO运转特性,理论结果表明在相同条件下DPP-SRO比SPP-SRO的泵浦倒空更高,理论分析为实验上优化SRO的输出提供参考。其次,在实验上搭建了DPP-SRO,以自制的全固态低噪声连续单频1.064 μm Nd:YVO4激光器为泵浦源泵浦SRO, SRO由非线性晶体—周期极化的铌酸锂(periodically poled lithium niobate, PPLN)和两镜驻波腔构成,通过选择SRO腔镜的镀膜使泵浦光双次穿过非线性晶体,同时使1.5μm信号光在SRO腔内共振且部分耦合输出。实验中在不同共振信号光的输出耦合下测量了DPP-SRO的输出特性,实验结果与理论预测吻合。在14.5 W的泵浦功率下,采用2.5%的输出耦合时SRO输出特性最佳,此时SRO阈值为3.7 W,可以输出6.2W的窄线宽(≤62.5 kHz)连续单频1.56μm激光。该激光1小时内的频率稳定性优于+40 MHz,峰峰值功率波动小于士0.9%。在PPLN极化周期为29.8 μm时,通过控制PPLN的温度从120℃到180℃变化,SRO信号光的波长从1.56μm调谐到1.592μm。2、通过提高PPLN的温度稳定性和锁定SRO腔,实现了1.5 μm激光稳定运转。首先,理论上对SRO中的不稳定因素进行了分析,并计算了泵浦光的频率稳定性和PPLN的温度稳定性对SRO稳定性的影响。其次,实验上在1.8%的输出耦合下搭建了DPP-SRO,详细研究了其运转特性,通过使PPLN的温度稳定性优于0.004℃来提高SRO的稳定性,通过锁定SRO腔到外部参考腔来减小共振信号光的频率漂移。实验中发现高功率下SRO的输出特性受到PPLN热透镜的影响,由于PPLN对高内腔信号光和闲置光功率的吸收,PPLN的热透镜效应很严重。在16 W泵浦功率下,SRO输出5.3 W连续单频1.5 μm激光,该激光的光束质量因子M2<1.23。通过提高PPLN的温度稳定性,1.5μm激光可以保持长期无跳模运转,其2小时内的峰峰值功率波动优于±0.9%,通过锁定SRO腔,该激光的短期频率漂移减小到3 MHz/min。3、对SRO输出1.5 pm激光的噪声特性进行了实验和理论研究。实验发现SRO输出1.5μm信号光的强度噪声在分析频率6 MHz处达到散粒噪声极限(SNL),位相噪声中存在随分析频率变化的额外噪声,而泵浦光的强度噪声和位相噪声均在分析频率6 MHz处达到SNL,泵浦光和信号光的强度噪声变化趋势相同,进一步对信号光的位相噪声进行研究,发现其随SRO输出信号光功率的增加而增加,随非线性晶体温度的降低而降低,与SRO的输出耦合(即SRO腔的带宽)无关。为解释该实验现象,我们假定PPLN中存在声导波布里渊散射(GAWBS),采用半经典理论给出DPP-SRO输出共振信号光的噪声谱。理论计算结果与实验结果一致。本论文的创新性工作如下：1、建立了准直高斯光束近似下DPP-SRO输出特性的理论模型,并在实验上采用不同的输出耦合来优化DPP-SRO的输出,获得高功率、低阈值的连续单频1.5μm激光,实验结果与理论预测一致。在14.5 W的泵浦功率下,通过采用2.5%的输出耦合,连续单频1.56μm激光输出达6.2 W, SRO的阈值功率为3.7 W。该激光1小时内峰峰值功率波动小于±0.9%,频率稳定性优于±±40 MHz。2、对DPP-SRO输出激光的稳定性进行了研究。当SRO输出耦合为1.8%、泵浦功率为16W时,获得了5.3 W连续单频1.5 μm激光,通过提高PPLN的温度稳定性实现了该激光长期无跳模运转,该激光2小时内峰峰值功率波动优于±±0.9%,通过锁定SRO腔,1.5μm激光的频率漂移为3 MHz/min。3、对SRO输出激光的噪声特性进行了研究。实验发现SRO输出信号光的强度噪声在分析频率6 MHz处达到SNL,位相噪声中存在随分析频率振荡的额外噪声,泵浦光和信号光的强度噪声变化趋势相同并且同时达到SNL。理论上假定PPLN中存在声导波布里渊散射(GAWBS),采用半经典理论给出了DPP-SRO输出信号光的噪声谱,该理论模型合理地解释了实验现象。