10～12μm长波红外激光在红外对抗、强场物理、大气环境监测等多个领域有重要的应用价值。非线性频率转换技术是实现10～12μm长波红外激光的技术之一,其特点为结构紧凑、体积小、全固化、波长可调谐、运行稳定。非线性晶体作为非线性频率转换的场所,对光学转换的效率、光束质量等指标影响较大。目前,由于缺乏10～12μm波段高性能非线性晶体,非线性频率转换技术输出该波段激光仅有百毫瓦功率级别,输出功率亟待进一步提升。在高性能非线性晶体未成功合成的当下,如何使用现有的较低性能（例如较低非线性系数、低热导率、大吸收系数或小尺寸）非线性晶体来实现较高功率、高光束质量的10～12μm长波红外激光,是现阶段该领域急需解决的科学问题之一。在此背景下,本文选用国内生长较为成熟的CdSe为非线性晶体,通过提升CdSe光学参量振荡器（Optical parametric oscillator,OPO）的光学转换效率来提升其输出功率。通过数值计算与实验验证,本文部分解决了CdSe OPO输出功率低、光光转换效率低的问题,实现了目前10～12μm波段CdSe OPO的最高平均功率与最佳光束质量。按照逻辑框架,本文可归纳为三部分主要内容:（1）为提高CdSe OPO的光光转换效率,尝试从降低出光泵浦阈值入手。为此,通过三波耦合方程,建立CdSe OPO数值计算模型。通过数值计算,发现输出激光是在量子噪声中建立的,若加大输出激光初始建立的基底,使该基底与输出激光同波长,则可显著降低出光泵浦阈值。针对该发现,提出在脉冲泵浦光的基础上,额外注入一束与输出信号光或闲频光波长相同的连续波或脉冲种子光的方案,预计可显著降低出光泵浦阈值,并因此提升光光转换效率。（2）在数值计算的基础上,实验搭建CdSe信号光谐振OPO（SROPO）,使用Ho:YAG调Q激光器输出2.1μm脉冲光作为泵浦光,Cr2+:Zn Se激光器输出2.6μm连续波激光作为种子光,采用4镜环形腔结构并采用腔内扩束方式从而实现泵浦光与腔内振荡光较好的模式匹配。实验中,在22.4 W（22.4 m J）泵浦功率下,160 m W连续波种子注入使得出光泵浦阈值降低约14%,使输出功率增加约30%,实验结果与理论预期相吻合。最终,得到波长10.1μm、平均功率1.05 W、脉冲能量1.05 m J、光光转换效率4.69%、光束质量M2≤2.25的闲频光激光输出。平均功率是现有10～12μm波段CdSe OPO最佳成果的3.3倍。（3）为提升上述CdSe SROPO闲频光的光束质量,提出CdSe闲频光谐振OPO（IROPO）方案。实验中在18.2 W泵浦光、90 m W连续波种子光输入功率下,实现波长11.0μm、平均功率802 m W、脉冲能量0.8 m J、光光转换效率4.41%、光束质量M2≤1.23的闲频光激光输出。与不注入种子光相比,种子光注入使得出光泵浦阈值降低约24%,使输出功率增加约102%。与SROPO相比,IROPO在可比拟的输出功率、光光转换效率下,实现了极佳的光束质量（M2≤1.23）,因此更加胜任光学参量放大器等对入射激光光束质量要求较高的应用。另外,IROPO与SROPO相比,腔内能量密度更低,因此更加胜任较高功率、长时间运行的激光器场合。总之,本文研究的结论与方法可应用于本波段或其他波段非线性系数小或大的非线性晶体,有助于提升传统光学参量振荡器的光学转换效率并同时保持良好的光束质量。