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相干多普勒测风激光雷达要求激光发射源人眼安全、单频、高脉冲能量、高效率和结构紧凑。2μm波段的固态激光器具有人眼安全和高的大气透过特性优势，同时可以兼顾结构紧凑的要求，成为相干探测激光雷达的重要候选光源。
论文首先对具有2μm波段发射谱的固体激光材料做了简要介绍，然后根据相干探测对2μm激光器提出的技术要求，确定采用Tm，Ho(:)LuLF晶体作为本激光系统的增益介质。接着论文回顾了国际上主要的2μm相干探测激光雷达发射光源的发展历史，为研制2μm固态单频脉冲激光器提供参考。
Tm，Ho(:)LuLF晶体的光谱学性质直接影响其激光器的性能，所以对其光谱学性质的了解是进行相关激光器设计和模拟的前提条件。论文第二章就Tm，Ho(:)LuLF晶体主要光谱学参数的含义以及相关获取技术的原理作了详细说明。通过对该材料准三能级特性的分析，揭示了其粒子数反转阈值与温度和激光发射波长的关系，解释了不同运转模式下激光器具有不同发射波长的现象。
论文第三章针对测风应用对2μm激光器提出的技术要求，制定了本系统的实现方案，并介绍相关的实验研究工作。整套系统采用种子注入主振荡功率放大(MOPA)的方案。单频种子源是一台连续运转的Tm，Ho(:)LuLF激光器，通过在谐振腔内插入双FP标准具实现单频运转和波长的粗略调谐。功率振荡器部分采用四镜“8”字环形腔结构，环形腔两路输出中的一路用于种子注入。为了获得大能量的脉冲输出，激光头采用LD侧面泵浦的结构，并通过声光Q开关实现调Q输出。由于Tm，Ho(:)LuLF激光介质的准三能级特性，激光器工作在较低的重复频率(5Hz)，并且通过水冷的方式将Tm，Ho(:)LuLF激光棒控制在较低的温度（水温10℃），以降低其出光阈值。为得到单频输出，系统采用ramp-fire技术来实现功率振荡器谐振腔腔长与种子激光器频率的匹配。
多纵模运转时，振荡器最大静态输出脉冲能量为445mJ，对应9.51％的光光效率，平均斜率效率为18.2％;最大调Q输出脉冲能量为75.5mJ，对应1.61％的光光效率，平均斜率效率为2.56％。单程经过放大器后，对75.5mJ的入射激光能量，得到了最大114mJ的放大能量输出，对应1.51的放大倍率。单频运转时，振荡级输出调Q脉冲能量为69mJ的，放大后达到105mJ。
论文最后利用传输矩阵法计算了谐振腔内激光光束的传输特征参数，并通过一个速率方程模型在平顶光束与高斯光束两种情形下对激光器进行了数值模拟。模拟结果揭示了输出脉冲能量随泵浦脉冲能量变化的非线性关系，但模拟所得的脉冲建立时刻比实验结果要晚。
本论文对Tm，Ho(:)LuLF激光材料特性进行了理论归纳和实验验证，解释了激光发射波长随激光器操作条件而变化的现象，确立了相干多普勒激光雷达激光发射源的实验方案，完成了相关的实验研究，获得了2μm单频高能激光脉冲输出，并通过数值模拟揭示了该激光器的主要动力学特性。