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处于大气传输窗口的2μm波段、中红外3-5μm波段和长波红外8-12μm波段激光在激光雷达、激光成像、化学遥感、环境监测、激光医疗和国防军事等领域都有广阔的应用前景。在实现宽调谐的高功率中长波红外固体激光输出方面,光学非线性频率变换技术具有明显的技术优势。在可实现中长波红外激光输出的非线性晶体中,磷锗锌（ZnGeP2,ZGP）晶体具有机械强度高、热导率好和有效非线性系数高的优点,是目前获取中长波红外激光的首选介质。本论文优化提升了2.09μm Ho:YAG激光器的输出性能,并以之为泵浦源,对ZGP光学参量振荡器（Optical Parametric Oscillator,OPO）和光学参量放大器（Optical Parametric Amplifier,OPA）进行了研究,最终获得了超过100W的3-5μm和超过10W的8-10μm中、长波红外激光输出。在理论和实验上对Ho:YAG固体激光器进行了研究。建立了单掺Ho:YAG激光器输出性能评估的理论分析模型,结合泵浦源、谐振腔和Ho:YAG晶体的参数,分析了相关参数对激光器输出性能的影响,理论上给出了各个参数的优化范围。在双末端泵浦条件下,理论分析了Ho:YAG晶体内部的热分布情况,计算了相应的热焦距,并分析了各种腔型结构的热稳定性。以理论研究为指导,设计了Ho:YAG激光器的实验装置,研究了各个参数对激光器输出性能的影响。最后,结合理论分析的结果,对Ho:YAG激光器进行了优化,在377.2W的泵浦功率下,获得了平均功率194W、重复频率10kHz的2.09μm激光输出,最小脉冲宽度为28ns,光束质量因子M2为2.3。基于非线性光学频率变换理论,计算了2.09μm激光泵浦下ZGP晶体一类和二类角度匹配曲线。运用光学参量振荡器理论,分析了单共振ZGP SRO（Singly Resonant Oscillator,SRO）的阈值和转换效率,还对比分析了一类和二类相位匹配方式输出的信号光和闲频光的线宽。运用光学参量放大器理论,计算了相位匹配角度与走离角、ZGP晶体实际长度和有效长度之间的关系曲线,分析了信号光增益与晶体有效参量增益长度之间的关系曲线。根据这些理论分析,设计了中、长波红外ZGP-OPO和ZGP-OPA实验装置。在中波红外ZGP SRO上,最高获得了平均功率103W的激光输出,相应的光束质量因子M2为6.8。在ZGP-OPA上,使用腔内负透镜补偿光学参量振荡器中ZGP晶体的热效应,提高整个装置的热稳定性,改善输出光束的光束质量,最终在光束质量因子M2为2.8时获得了平均功率102W的中波红外激光输出。对长波红外波段ZGP OPO和级联ZGP OPA进行了实验研究。对于长波ZGP OPO,实验研究了一类和二类相位匹配方式下OPO的输出波长可调谐特性,分别实现了7.839.8μm以及8.158.82μm范围的闲频光输出。对于级联ZGP-OPA,以ZGP OPO输出的8.2μm闲频光和2.8μm信号光作为OPA的种子光和泵浦光,对比分析了不同相位匹配方式组合下ZGP OPA的输出性能,其中以二类相位匹配ZGP OPO组合一类相位匹配ZGP OPA输出的8.2μm激光功率最高,最终获得了平均功率12.6W的长波红外激光输出。