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波长介于2-20μm的中红外光谱覆盖了重要的大气窗口，并且涵盖了许多分子气体、有毒试剂、空气、水和土壤污染物、人类呼吸成分以及多种爆炸性试剂的吸收峰，因此该波段在大气监测、光学遥感、光谱分析、空间光通信、环保、医疗、光电对抗等领域有着重大的应用价值，已成为国内外广泛研究的热点。光学参量技术(OPG/OPA/OPO)因具有增益高、热效应低、波长调谐范围宽、放大脉冲对比度高、量子效率高、光束质量好等优点而引起了人们巨大的研究兴趣。基于成熟的～1μm近红外激光泵浦中红外非线性光学晶体实现频率下转换的光参量激光技术已成为获得精密化实用化中红外激光源的最有效方法之一。 本论文围绕中红外光学参量技术进行了理论和实验研究，基于多种中红外非线性光学晶体（KTA、PPLN、BGSe等）的中红外激光性能表征与评估，研制了系列化多波长/多波段中红外光参量激光器，取得了一系列创新性先进成果: 1.利用皮秒光参量放大理论模型，对中红外光参量激光放大进行了数值计算和理论分析。考虑了泵光损耗、空间走离和群速失配等因素的影响，模拟了不同泵浦能量下，参量激光的的输出能量、时间波形以及晶体长度对参量转换效率的影响。 2.首次研制了基于KTA晶体的大能量3.5μm皮秒中红外光参量放大器。基于BBO-OPG/OPA种子激光注入KTA-OPA，实现了大能量、高峰值功率3.5μm激光产生及2.9～3.6μm宽调谐激光输出。泵浦光源为脉宽30ps的Nd:YAG激光器，运转脉冲重复频率为10Hz。在注入种子能量为230μJ和泵浦能量为18.4mJ时，获得1.85mJ、峰值功率约92.5MW的3.5μm激光输出，对应闲频光转换效率10.1％，光子转换效率33.1％，实验数据与理论计算符合较好。 3.首次研制了基于大孔径MgO:PPLN晶体的3.9μm皮秒中红外光参量激光放大器。采用BBO-OPG/OPA种子注入MgO:PPLN-OPA结构，在泵浦能量15.2mJ时，获得输出能量1.14mJ的3.9μm中红外激光输出，对应3.9μm闲频光的转换效率7.5％，光子转换效率27.5％，信号光和闲频光总的光子转换效率55％;进一步对比了MgO:PPLN-OPG与种子注入MgO:PPLN-OPA激光输出特性。结果表明，与MgO:PPLN-OPG相比，OPA具有较低的泵浦阈值，更高的输出能量，以及较窄的光谱宽度。例如对于5.1mm长的MgO:PPLN晶体，其OPG的阈值是OPA的13倍;在泵浦能量10mJ时，OPA的闲频光输出能量是OPG的45倍;产生的信号光的光谱宽度由OPG的77nm减小到30nm。 4.首次研究了新型非线性光学晶体BGSe的中红外光参量激光输出性能及应用前景。理论计算了BGSe晶体Ⅰ类及Ⅱ类中红外相位匹配特性曲线，并实验修正了BGSe晶体的相位匹配角。基于BBO-OPG/OPA种子注入BGSe-OPA，实现了高效率、高峰值功率3.9μm激光产生及3～5μm宽调谐激光输出。其中，在泵浦能量为1.8 mJ时，3.9μm闲频光的光子转换效率达56％;在泵浦能量为9.1mJ时，获得3.9μm激光输出能量830μJ，峰值功率约41.5MW。进一步地，基于KTP-OPG/OPA种子注入BGSe-OPA，实现了高效率、高峰值功率7.8μm激光产生及6.4～11μm宽调谐激光输出。其中，在泵浦能量为9mJ时，获得7.8μm激光输出能量125μJ，峰值功率约6.3MW。证实了BGSe晶体在宽调谐中红外激光产生方面的优异性能。