随着激光技术的发展,非线性光学作为一门新兴学科迅速发展起来。光学参量放大(OPA)作为非线性光学的重要内容之一,成为人们研究的一个热点。光参量过程基本原理就是利用非线性光学的三波混频过程对微弱信号光进行增强。本文基于光波在非线性晶体中传播的基本原理和规律及非线性光学的相位匹配技术,进行了微弱图像增强的系统设计和基于光参量变频与放大的高灵敏红外成像技术的研究。主要研究内容如下:首先,利用ZEMAX软件设计了远心光路和大视场光路的光学成像系统,分析了系统的像差和MTF曲线,并利用软件中的像模拟功能模拟了鉴别率板在非线性光学晶体BBO前表面所成的图像。其次,对可用于微弱红外图像探测的光学参量变频与增强技术,进行了仿真与实验研究。对高增益光参量放大过程中的参量荧光背景噪声,提出了基于外接圆模型的空间滤波技术。通过仿真优化设计,利用空域、频域滤波与像传递系统相结合的方法,大大提高了参量荧光背景的抑制比例,其增强后的成像质量较之前有明显改善,峰值信噪提升22%。利用10 Hz,355 nm的大能量皮秒紫外泵浦激光,实现了红外波段到可见光波段的参量频率上转换,得到了1.3×108(82 dB)的光学图像增益,探测灵敏度达到每像素7.4个光子。最后,研究了光波在物体表面的退偏特性对OPA成像过程的影响。对退偏严重的物体,可以通过改变探测光的偏振方向来改善光参量放大过程的成像质量。对退偏较小的物体,用P偏振探测光能够得到较高的增益和较好的图像;对退偏严重的物体,用S偏振探测光能够有效的改善图像质量。