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中红外激光在大气中传输时具有较强的透过率，成为大气传输衰减最小的红外窗口，对大雾、烟尘等具有较强的穿透力，受气体分子吸收和悬浮物散射的影响较小，而且覆盖了众多原子及分子的吸收峰。因此，中红外激光在光谱测量、遥感、环保和军事等领域具有很高的应用价值和前景。目前，中红外激光产生技术的研究已经成为世界上的一个研究热点。另外，OPA技术因具有高增益、低的热效应、宽的调谐范围、放大脉冲对比度高、量子效率高、光束质量好等优点而引起了人们巨大的研究兴趣。本文的主要研究内容如下：1.综述了中红外激光的研究背景和产生技术，并比较各种技术的优缺点，重点阐述了光学参量振荡器的优点及分类、常用的中红外非线性晶体及中红外激光的国内外研究状况，最后综述了近几年OPCPA的研究进展状况。2.从麦克斯韦方程组出发，得到了三波混频的耦合波方程，并给出归一化耦合波方程的一般解；理论分析和数值研究了KTA、PPLN和ZGP三种常用的中红外非线性晶体的相位匹配；理论分析和数值研究了单谐振和双谐振光参量振荡器的阈值特性；理论分析和数值研究了双轴晶体的允许角、允许波长和走离角。3.建立了激光器纵模拍频引起的时域调制的理论模型，在此基础上理论分析和数值研究了泵浦光纵模拍频引起的时域调制对参量过程的影响。结果表明：当激光器内只有几个纵模在同时振荡时，信号光和闲频光的功率随时间起伏很大，而当激光器内有几百个纵模在同时振荡时，信号光和闲频光的功率随时间起伏很小，变得相对稳定。4.建立了OPA光束质量的理论模型，在此基础上理论分析和数值研究了波前失配、空间啁啾和多模泵浦对OPA光束质量的影响。结果表明：波前失配越严重，放大信号光的光束质量越差，波前畸变越严重；空间啁啾越复杂、阶次越高，放大信号光的光束质量越差，波前畸变越严重；泵浦光的横向分布越差，放大信号光的光束质量越差，转换效率越低。5.设计了中红外KTA-OPO，分别以种子注入式的单纵模调Q Nd:YAG激光器和二极管泵浦的多纵模调Q Nd:YAG激光器作为泵浦源，对中红外KTA-OPO进行了实验研究，获得了单脉冲能量10mJ、转换效率高达14%的中红外激光输出。6.理论分析和数值研究了光纤Sagnac环提升信噪比的技术。结果表明：光纤Sagnac环可以将信号光的信噪比提升104量级。7.对高光束质量和高稳定的OPA实验系统进行了优化设计，并以种子注入式的单纵模调Q Nd:YAG激光器作为泵浦源、自启动的被动锁模光纤激光器作为种子源进行了实验研究，获得了单脉冲能量大于20mJ、M2<1.4和信噪比大于108的输出。