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3～5μm激光在军事上有非常广泛应用，产生这一光源的方法很多。为获取高重复频率、高平均功率、宽调谐的3～5μm激光，分析比较了各种方式的优缺点，确定ZGP光学参量振荡器为最佳选择方式之一。 3～5μm ZGP光学参量振荡器的泵浦波长在2μm附近，产生2μm方式主要有两种：一种是掺Tm，Ho等YAG，YLF激光器；另一种是Nd:YAG泵浦的KTP光学参量振荡器(简称OPO)。前者均为准三能级系统，室温下产生高功率激光困难，因此确定采用Nd:YAG泵浦的KTP光学参量振荡器产生2μm激光。 建立了单谐振OPO(简称SRO)，双谐振OPO(简称DRO)理论模型，从非线性耦合波方程出发得到两种模型的振荡阂值以及转换效率曲线。在计算转换效率过程中，模型考虑最简单的均匀平面波，进而由均匀平面波推导高斯光束。计算结果表明：DRO阈值低，但转换效率低；而SRO阈值高，但转换效率高。同时计算了非临界相位匹配和临界相位匹配下的接收角、Ⅰ类相位匹配和Ⅱ类相位匹配的走离角度、OPO的输出线宽。 从KTP晶体的折射率椭球和Sellmeier方程出发，计算了用1.064μm激光泵浦Ⅱ类相位匹配的KTP OPO时，晶体绕切割角θ的调谐曲线。结果表明，当θ角等于52.6°时，信号光和空闲光刚好在2.128μm处简并输出。为了抑制KTP晶体的走离效应，综合了内腔式OPO和短晶体级联外腔式OPO的优点，设计了一套采取两块短晶体级联内腔式OPO的2μm实验装置。 ZGP OPO的调谐方式主要有角度调谐和温度调谐，温度调谐由于控温工序复杂，选择了角度调谐。从ZGP晶体的折射率椭球和Sellmeier方程出发，计算了Ⅰ类和Ⅱ类相位匹配下ZGP OPO的角度调谐曲线。经过分析比较，确定采用Ⅰ类相位匹配ZGP OPO。并对OPO结构、晶体长度、腔长以及腔镜膜层等进行了理论设计。 根据理论计算，实验获得了在重复频率4.0kHz下，3～5μm最大平均功率310mW，对应p偏振态2μm平均功率2.6W，光—光转换效率12％。同时对2μm光束质量、光斑分布进行了测量；测量了3～8kHz范围内不同重复频率下，2μm和3～5μm输出功率变化；测量了ZGP OPO的角度调谐曲线，并与理论曲线进行了比较，在误差范围内与理论结果相符。