随着激光技术的不断发展以及其在国防、工业、医疗等领域的重要应用,中红外激光（2～20μm）以及太赫兹（THz）波被广泛地应用于基础科研和应用研究领域。中红外以及THz波段辐射源技术的进步是推动中红外及THz技术和相关应用领域快速发展的关键所在。基于非线性光学频率下转换方法如光学参量振荡（OPO）、差频（DFG）等可以产生中红外以及THz波,具有结构简单紧凑、室温运转、相干可调谐的优点。目前主要使用脉冲激光器作为DFG和OPO的泵浦源,虽然能够获得较高峰值功率的中红外及THz波输出,但是重复频率较低,无法满足近场显微成像、高分辨率光谱以及超光谱成像等需要快速采样的应用需求。本文对高重频可调谐中红外波段和THz波段的激光源进行了理论和实验研究。本文的主要内容和创新点可以归纳为以下几点:1.理论分析了声光调Q内腔双谐振OPO的动力学过程,数值模拟了激光输出镜反射率、泵浦光强度对输出脉冲的影响。基于瞬态三波耦合方程,分析了皮秒脉冲同步泵浦OPO的动力学过程,推导了增益的近似表达式,分析了相位失配、脉冲走离、群速度色散、谐振腔长失调、泵浦耗散以及温度等参数对同步泵浦OPO输出特性的影响。2.研究了以硒化镉（CdSe）晶体为代表的II-VI族半导体、以镉锗砷（Cd Ge As2）晶体为代表的三元II-IV-V2族黄铜矿半导体以及层状结构的硒化镓（Ga Se）晶体THz波段的光学特性。理论上利用密度泛函微扰理论（DFPT）的赝势平面波方法计算了三种晶体的声子色散谱,实验上利用THz时域光谱系统（THz-TDS）和远红外傅里叶光谱系统（FTIR）首次对CdSe晶体和Cd Ge As2晶体的THz波段光学性质进行测量,计算了晶体在THz波段的透过率、折射率、吸收系数,并结合声子色散和拉曼光谱对晶体在THz波段的声子特性进行了分析,理论与实验符合较好。3.搭建了高重频、高功率、宽调谐的中红外2.1μm波段和9-16μm波段激光源。利用LD侧面泵浦、声光调Q的Nd:YAG激光器泵浦KTP内腔OPO实现了高重频、高峰值功率、宽调谐的中红外2.1μm双波长激光器。在重频10k Hz时,输出功率为18.18W,峰值功率165k W,斜效率7.5%,调谐范围为2065.9-2191.1nm,光束质量因子小于4。采用高重频2.1μm双波长激光作为泵浦源,在Ga Se晶体差频获得宽调谐9-16μm中红外激光,在9.60μm处获得最大的平均功率为360μW,对应的峰值功率为3.3W。4.搭建了便携式高重频（k Hz量级）、高平均功率（微瓦量级）、宽调谐相干THz差频源。使用高重频2.1μm双波长激光器作为泵浦源在8mm长的Ga Se晶体进行差频,获得重频为10k Hz的THz波脉冲,在1.48THz处获得最大的平均功率1.66μW,功率转换效率1.68×10-6,对应的光子转换效率是1.6×10-4。输出THz波的频率调谐范围为0.21-3THz。5.基于铌酸锂（LiNbO3）晶体进行了高重频THz参量振荡（TPO）的实验研究。采用LD侧面泵浦Nd:YAG激光器、声光调Q技术搭建了高重频内腔TPO实验装置,观察到了A1对称振动模的级联斯托克斯光以及E对称振动模的多阶斯托克斯光,并对其进行了理论分析。6.提出并建立了基于微结构光纤的气体THz激光器模型。分析了泵浦激光饱和吸收强度、CH3OH气体对泵浦光的吸收系数、THz波小信号增益以及微结构光纤结构参数对输出THz波的影响。利用有限元法对设计的大芯径微结构光纤的纤芯基模能量比、有效模场面积、限制损耗以及弯曲损耗等指标进行了数值研究。理论计算结果表明该THz激光器能够产生2.52THz输出,输出功率达到m W量级。