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波长为3-5μm的中红外激光在军用的光电对抗、激光雷达,以及民用的激光通信、环境监测、遥感技术、光谱学研究等各个领域得到了广泛的应用。本文采用结构紧凑、效率高的连续和脉冲Nd∶YVO4激光器作为泵浦源,周期性极化PPMgLN晶体作为非线性晶体,从理论和实验两方面对基于PPMgLN晶体的中红外光学参量振荡器(包括内腔连续OPO和外腔声光调QOPO)进行了分析和研究,并进行了实验平台的搭建,最后获得了准相位匹配光参量振荡输出。实现了中红外激光波段低阈值、宽调谐、高效率稳定输出。 理论方面:介绍了准相位匹配基本原理,并从三波耦合方程进行了详细的推导,总结了准相位匹配的六个优点。之后简单介绍了PPMgLN晶体的制备,并分析了晶体的温度调谐和周期调谐理论。接下来分析了激光晶体Nd∶YVO4,包括晶体的光学特性、热焦距和端面泵浦Nd∶YVO4激光器热透镜效应分析。最后对内腔连续单谐振OPO和外腔调Q单谐振OPO的特性进行了理论分析,包括阈值和转换效率等。外腔实验中还简单介绍了声光调Q的基本原理。 实验方面:内腔连续单谐振OPO实验中,在5.5W的LD泵浦功率下,实现了1.9μm的750mW信号光输出和2.4μm的370mW闲频光双波长同时输出,相对于LD的转换效率分别为13.6%和6.7%,总的输出功率达到了1.1W以上,总转换效率超过了20%。之后,又选择了非线性晶体的32.2μm周期,进行了温度调谐实验,实验结果与理论基本相符。外腔调Q单谐振OPO实验中,实验研究中分别采用29.5μm和30μm周期的PPMgLN晶体进行实验,对实验结果进行了分析比较,当PPMgLN的周期为30μm时,得到了696mW的3.639μm中红外脉冲激光输出,光-光转化效率为17.94%,单脉冲能量为46μJ,峰值功率1.856kW。此外,还采用三个不同周期并行排列的PPMgLN晶体进行实验,得到了六种不同波长的中红外激光同时输出。