2-12μm中红外波段涵盖了极多分子的特征吸收谱线和基本振动带,同时也包含了3-5μm和8-12μm两个大气传输窗口。因而该波段激光在大气遥感、工业及环境检测、生物医学和国防军事等方面具有极大的应用潜力。至今,已有包括分子气体和化学激光器、基于稀土离子和过渡金属掺杂的固体激光器、半导体激光器、光纤激光器以及光参量振荡器等方法可实现中红外激光输出。相比较而言,光纤激光器和光参量振荡器占据更多的优势,如:光纤激光器具备体积小、集成度高、散热能力强、易于实现热管理、可输出优质激光光束等优点;光参量振荡器具备结构紧凑、易于实现波长拓展、可输出宽带波长连续可调谐的激光等优点。此外,利用光纤激光泵浦非线性光学晶体以实现光参量转换的技术方案可有效地将激光波长拓展至3-12μm。然而,高性能非线性光学晶体的制备和选用以及采用不同波长的光纤激光器泵浦光参量振荡器的研究仍存在诸多问题且有待完善和发展。因此,本文以光纤激光和光参量振荡技术为主体,结合二者优势,开展了实现2-12μm中红外脉冲激光输出的相关研究。本论文的主要研究工作如下:（1）针对～3μm波段的可饱和吸收体损伤阈值低且激光器结构复杂而难以控制脉冲激光输出特性的问题,提出了一种基于非线性偏振旋转技术以实现～3μm被动调Q脉冲激光输出的新方案,率先在掺Ho3+氟化物光纤激光器中开展了相关研究。该调Q脉冲激光器可稳定运作在单波长和双波长状态,其中双波长激光的产生是腔内双折射和偏振器的共同作用所致。在最大泵浦功率下,获得了中心波长为2966.8 nm和2971.7 nm的双波长脉冲激光,对应光谱线宽分别为～87 pm和～131pm,最大输出功率为86.6 m W,脉宽为1.6μs。此外,由于强度相关的非线性相移效应使激光偏振方向对波片旋转角敏感,因而分析了不同泵浦功率下波片旋转角对输出脉冲特性的影响。（2）针对2-3μm单波带和双波带脉冲激光难以灵活切换且双波带激光功率无法实现自由调控的问题,提出了一种基于混合泵浦和增益调制技术相结合的实验方案,借助掺Ho3+氟化物光纤中离子能级结构和其跃迁过程的特性对上述问题展开了相关研究。在固定1950 nm脉冲泵浦功率且可调控1150 nm连续泵浦功率的泵浦方式下,实现了可灵活切换的～2.1μm单波带、～3μm单波带、～2.1μm和～3μm双波带增益调制脉冲激光输出,～2.1μm和～3μm脉冲激光的最大输出功率分别为26 m W和136.6 m W。在固定1150 nm连续泵浦功率且可调控1950 nm脉冲泵浦功率的泵浦方式下,率先实现了～2.1μm激光功率灵活可控且～3μm激光功率恒定的双波带增益调制脉冲激光输出,最大输出功率分别对应为260.27 m W和167.7 m W,这是首次在双波带脉冲激光器中获得～2.1μm激光功率高于～3μm激光功率的实验结果。（3）针对～5μm以上激光难以直接从光纤激光器中输出以及3-12μm中红外激光难以实现宽带波长连续可调谐的现状,提出了以两种不同衬底的OP-Ga P晶体（OP-Ga P on Ga P晶体和新型OP-Ga P on Ga As晶体）为光参量频率转换的核心元件,率先在～1μm超短脉冲光纤激光泵浦的光参量振荡器中开展了相关研究。在单一极化周期的OP-Ga P晶体中,研究了不同泵浦参数对单波长～5.3μm闲频光输出特性的影响,实现了最大功率分别为130 m W（Ga P衬底）和83.3 m W（Ga As衬底）的闲频光输出。利用具有扇形光栅周期极化结构的新型OP-Ga P on Ga As晶体,实现了波长覆盖范围分别为3.985-6.027μm和8.676-11.938μm的连续可调谐光参量激光输出。同时,具体研究了在CO2吸收峰附近～4.2μm和长波长～11μm处的闲频光输出特性,当波片旋转角为80°时（以晶体的晶向[100]方向为0°旋转角作为参照）,最大闲频光输出功率分别对应为96.3 m W和10.85 m W。（4）针对～1μm泵浦光和3-5μm光参量激光之间的转换利用率低以及量子亏损大的问题,提出了以～2μm超短脉冲光纤激光源为光参量振荡器的核心泵浦元件,率先在多极化周期的PPLN晶体中开展了相关探索研究。搭建了基于碳纳米管可饱和吸收体的掺Tm3+被动锁模光纤激光种子源和两级放大系统,获得了重频为40.53 MHz、脉宽为12.84 ps、最大输出功率为1.479 W的1980.35 nm放大脉冲激光。通过模拟计算的相位匹配参数和设计的腔结构,搭建了基于～2μm超短脉冲光纤激光谐波泵浦的PPLN光参量振荡器,探索了实现3-5μm光参量激光输出的潜力。同时,分析了泵浦源和光参量振荡器中存在的问题且提出了改进措施,从数值模拟中揭示了获得宽带波长可调谐光参量激光的相位匹配参数,这为后续基于～2μm高重频脉冲光纤激光泵浦PPLN光参量振荡器的研究提供借鉴。