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3-5微米中红外激光是激光领域的研究热点,在很多方面有重要的应用。常规的固态激光介质难以覆盖这一波长范围,利用光学参量振荡器(OPO)通过非线性光频率转换可以产生中红外激光,且波长调谐灵活、输出功率高、结构紧凑。本论文基于准位相匹配技术研究了连续波内腔光学参量振荡器(下文简称IC-OPO)和连续波环形外腔光学参量振荡器,设计并优化了光学参数,获得低阈值、持续稳定的中红外激光输出。当今国内开发此类光源的机构很少,又因为中红外波段涉及军事用途,所以很难从国外直接购买。为了满足市场需要,我们将这两台OPO开发成产品,利用工程化技术缩小了 OPO的体积和重量,并有效地提高了激光器长时间运行的可靠性。主要内容包括以下几个部分:1、介绍了中红外激光的发展历史、应用领域和产生方法,阐述了准位相匹配技术和光参量振荡器的基本原理,对光学参量振荡器进行了简单的分类。2、介绍了光学参量振荡器的理论基础:包括光参量振荡器的增益系数与阈值条件的理论推导,OPO中的波长调谐方式,OPO的常见腔形设计等。3、研究了中红外连续波内腔光学参量振荡器(IC-OPO)技术。合理设计光学参数,搭建了结构紧凑的直腔IC-OPO。通过光阑限模、引入倍频晶体等技术手段解决了输出功率不稳定、弛豫振荡等一些内腔OPO固有的问题。与外腔OPO相比,内腔OPO阈值低、结构紧凑,能够满足低功率条件的中红外市场需求,为此我们研制了一台小型化、高稳定的连续波内腔OPO工程样机。样机采用全水冷控温;自主设计了全固定镜架代替商用镜架,有效提高了 OPO的稳定性;使用舵机进行多周期晶体的通道调节。根据测试结果,样机可靠性初步满足了市场要求。4、研究了连续波环形外腔OPO技术。采用可以快速扫频的DFB种子源经过光纤放大器进行功率放大作为泵浦源泵浦OPO,用多通道掺镁铌酸锂光学超晶格(MgO:PPLN)作为非线性频率变换介质,获得波长覆盖1.5-4.3μm的宽调谐窄线宽连续波激光输出,将3.3 μm输出光应用到甲烷气体吸收实验中。市场上对高功率中红外激光器的需求量很大,我们采用新型碳纤维材料研制了一台契合环形腔的轻型OPO工程样机,腔镜和MgO:PPLN晶体以胶粘的方式固定在样机上,显著提高了样机的无故障运行时间,利用舵机代替步进电机控制多周期晶体的极化通道,在保证控制精度的前提下降低了样机成本。根据测试结果,样机可靠性能够满足了市场要求,有望进行标准化和批量生产。