【摘 要】
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中红外波段包括3-5 μm中波红外和8-12μm长波红外两个重要大气窗口,在遥感、环境监测、通信和医疗诊断等诸多领域有着广阔的应用前景。高性能的相干光源和探测器是上述应用领域发展的基础。非线性光学频率变换技术是实现相干中红外产生的一种有效方法,后来又扩展到探测领域,非线性晶体是其中的核心部件。非氧化物晶体对5 μm以上波段具有较高的透射率,是中长波红外光源和上转换探测的重要增益介质。本文总结了基于
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中红外波段包括3-5 μm中波红外和8-12μm长波红外两个重要大气窗口,在遥感、环境监测、通信和医疗诊断等诸多领域有着广阔的应用前景。高性能的相干光源和探测器是上述应用领域发展的基础。非线性光学频率变换技术是实现相干中红外产生的一种有效方法,后来又扩展到探测领域,非线性晶体是其中的核心部件。非氧化物晶体对5 μm以上波段具有较高的透射率,是中长波红外光源和上转换探测的重要增益介质。本文总结了基于非氧化物晶体的中红外相干光源以及探测的研究现状,对基于新型非氧化物BaGa4Se7晶体的中红外参量振荡（OPO）以及中红外上转换探测技术进行了理论和实验研究,实现了 3-8 μm中红外高灵敏上转换相干探测,该结果目前暂无同类报道。本文的主要内容可以归纳如下:（1）总结了利用非线性频率变换的方法实现中红外相干产生和探测的研究现状,综合比较了几类常见的非线性晶体,确定了本文所用的非线性介质——新型BaGa4Se7晶体。（2）介绍了非线性光学频率变换的基本原理,包括:三波互作用耦合过程、差频的能量转换、单谐振OPO的阈值和增益特性等,为后序实验奠定了理论基础。（3）计算了 BaGa4Se7晶体用于中红外OPO的相位匹配条件、阈值和效率等,并在实验中利用电光调Q的纳秒脉冲Nd:YAG激光器泵浦BaGa4Se7-OPO,实现了调谐输出范围2.79-8.28μm,在波长为3.79μm时,最大脉冲能量3.52 mJ,能量转换效率6.5%,光子转换效率23.2%。（4）针对OPO产生的中红外光,进行了频率上转换探测研究。实现了从中红外光到近红外光的高效频率上转换,探测灵敏度较直接探测方法（碲镉汞探测器）高3个数量级。
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