2μm 激光常用于外差探测、差分吸收雷达、激光手术等领域，高峰值功率的 2μm 脉冲激光还是利用非线性频率下转换技术获得中红外激光的高效泵浦源。3~5μm波段激光不但可用于工业废气和污染气体的监测，更是光电对抗的主要光源，对国家军事安全至关重要。长久以来，稀土元素（Tm3+和Ho3+）掺杂的晶体和光纤激光器是实现 2μm 激光的主要手段；而 3~5μm 波段激光则主要以声光调Q的2μm激光器为泵浦源，通过非线性频率变换技术予以实现。同单晶相比，透明陶瓷更易于实现高浓度掺杂、大尺寸以及结构复杂增益介质的合成，这些优势让人们看到透明陶瓷在高功率激光获取方面的巨大潜力。与主动调Q技术相比，被动调Q以插入的可饱和吸收体作为调制器，无需额外的耗能设备，因此结构更为简单、紧凑，成本也相对低廉。　　鉴于上述优势，本文立足于高功率2μm陶瓷激光器的实现，以及探索以2μm被动调Q激光器作为泵浦源，实现3~5μm光学参量振荡器（OPO）输出中红外激光的可行性，为此本文可归纳为两部分内容。　　第一部分以Ho:YAG透明陶瓷为增益介质，研究连续、声光调Q、Cr2+:ZnS被动调Q激光器的输出特性。首先，分析Ho:YAG透明陶瓷的光谱特性，确定采用1907.4nm的Tm:YLF固体激光器带内泵浦的实验方案。带内泵浦的量子亏损小，有助于改善热沉积对激光器造成的不利影响。Tm:YLF 固体激光器以790nm半导体激光器（LD）为泵浦源，以体布拉格光栅（VBG）和法布里-珀罗（F-P）标准具为波长选择和线宽压缩器件，最大输出功率达71.5W。其次，研究端面泵浦结构下，Ho:YAG 陶瓷的内部热分布及其热透镜效应，理论结果显示双端面泵浦激光介质的热效应影响要小于单端面泵浦情形，因此更适用作高功率激光器的结构设计。再次，分别建立了准四能级系统的连续、声光调Q和Cr2+:ZnS被动调Q运转Ho:YAG陶瓷激光器的速率方程理论，并在此基础上讨论 Ho:YAG陶瓷激光器在三种工作模式下输出性能的影响因素，为实验研究提供理论支撑。最后，采用端面泵浦方式，设计和优化连续、声光调Q和Cr2+:ZnS被动调Q三种工作模式下的Ho:YAG陶瓷激光器，并最终获得最高功率输出的2μm连续、主/被动陶瓷激光器，数值分别为48.3W、46W和30.3W。　　第二部分则分别以2μm主/被动调Q运转 Ho:YAG陶瓷激光器为泵浦源，研究3~5μm ZGP OPO的输出性能。以ZGP晶体作为非线性频率变换器件，这是考虑到 ZGP 优良的非线性特性，并且它在获取 3~5μm 波段激光方面的优势明显，尚无可以替代的材料。OPO采用双共振、紧凑的直腔结构，一方面降低了 OPO 的阈值，另一方面信号光和闲频光均处于 3~5μm 波段，提高了中红外激光的输出功率。最终，在两种泵浦模式下均获得≥10W量级的中红外激光。　　本论文的研究工作，一方面提升了 2μm 陶瓷激光器在连续与主/被动调 Q模式下的输出功率，另一方面首次采用2μm被动调Q激光器为泵浦源，并实现10W量级的中红外激光输出，这些成果令2μm陶瓷激光器的研究与应用有着更为光明的前景。