光参量振荡器（OPO）具有调谐范围宽、转换效率高和结构紧凑等优点,成为非线性光学领域的研究热点和重要研究方向。通过光参量振荡器的级联过程,能够进一步拓展激光器的光谱范围,为实现新波段中红外激光输出提供了一种新的技术手段。利用高质量的非线性光学晶体,可以极大地提升级联光参量振荡器的效率。砷酸钛氧钾（KTiOAsO₄,KTA）晶体不仅具有损伤阈值高,非线性系数大、物化性能稳定等特点,而且采用非临界相位匹配时无走离效应,是级联光参量振荡器的理想非线性光学晶体。本文采用KTA晶体作为非线性光学晶体、不同掺钕离子固体激光器作为抽运源,对自级联光参量振荡器的输出特性进行了研究。本文的主要研究工作如下:1.采用1064 nm Nd:YVO₄调Q激光泵浦KTA自级联OPO实现2.59μm激光输出。实验选择发射截面大的Nd:YVO₄晶体作为激光晶体,其有利于提高OPO过程的转换效率。在8.7 W入射抽运功率和60 kHz重复频率下,获得445 mW的2.59μm二阶信号光输出。2.采用1047 nm Nd:YLF调Q激光泵浦KTA自级联OPO实现2.50μm激光输出。Nd:YLF晶体具有独特的负透镜效应,能够有效改善由热效应在腔内引起的模式失配,而且其较长的上能级荧光寿命有利于低重复频率下获得较高的单脉冲能量。在9.7 W入射抽运功率和15 kHz率重复频率下,获得605 mW的2.50μm二阶信号光输出,单脉冲能量可达40μJ。3.采用1080 nm Nd:YAP调Q激光泵浦KTA自级联OPO实现2.67μm激光输出。Nd:YAP晶体具有较好热导性能和机械性能,能够在高泵浦功率下实现有效运转。实验使用Nd:YAP晶体作为激光晶体,在12.4 W入射抽运功率和20 kHz重复频率下,获得330 mW的2.67μm二阶信号光输出。