大气风场的精确探测,对提高全球气候变化的预测能力和天气预报的精确度起着重要的作用。人眼安全远程相干测风激光雷达在大气风场探测中有着重要的应用,本课题以远程相干测风激光雷达为应用背景,对人眼安全单频脉冲激光器进行工程化设计研究。本文第1章首先以相干测风激光雷达为应用背景,对多普勒相干测风雷达的基本结构和发展历程进行了调研;其次,详细分析了相干测风激光雷达的发展现状,介绍了几种典型相干测风激光雷达,并对可应用于人眼安全波段相干测风激光雷达的1.6μm Er:YAG单频脉冲激光器发展现状进行了叙述,确立了本文以注入锁定技术为核心实现Er:YAG单频脉冲激光输出的研究方法。本文第2章首先对Er:YAG激光晶体的能级结构和光谱特性进行了详细的介绍和分析;然后,对Er:YAG晶体在不同泵浦情况下的热效应进行了有限元建模和分析;最后在热效应仿真分析的基础上,结合有限元热力耦合分析,提出了一种计算Er:YAG单端泵浦热透镜数值的方法,并通过实验验证了该计算方法的可行性,为Er:YAG单频脉冲激光器的设计提供了参考。本文第3章首先介绍了Er:YAG激光晶体的准三能级特性,并对Er:YAG晶体在连续工作模式下的速率方程进行了推导,仿真计算了输出镜反射率对泵浦阈值功率、斜效率和输出功率等因素的影响;然后在实验平台上搭建了该Er:YAG单频脉冲激光器中的从动激光器及种子激光器,在500 Hz的重复频率下实现了脉冲能量为4.8 m J的单频脉冲激光输出,为单频脉冲激光器的工程化设计研究提供了参考。本文第4章主要介绍了该Er:YAG单频脉冲激光器工程样机的结构设计和整机装配,使用Solidworks结构设计软件对该整机各个部件进行了结构设计,并使用了有限元方法对设计结构进行受力仿真校核;然后进行了该工程样机的整机模拟装配,将该单频脉冲激光器在600 mm×600 mm光学底板上完成了该工程样机的装配工作,实现了重复频率为400 Hz、脉冲能量为4 m J的工程整机上的单频脉冲输出,给后续研究打下了基础。