利用Nd∶YAG激光泵浦磷酸氧钛钾晶体，实现了波长为2.05~2.97 μm的相干光输出，其覆盖了近红外与中红外过渡波段（也称“短波红外波段”）。采用了与以往报道不同的相位匹配调谐区域，在较小的晶体转角下，获得了较宽的调谐范围。比较了单程与双程泵浦的两种光学参量振荡器结构，验证了双程泵浦的优越性。双程泵浦的光学参量振荡器的最高输出脉冲能量在18 mJ以上，峰值功率高于2.3 MW，在较宽调谐范围内保持了较高的输出能量，输出能量在5 mJ以上的波段占比为78.3%。上述工作为短波红外波段应用提供了一种便捷有效的相干光源。

本文提出了一种耦合级联光学差频（CCDFG）高效产生太赫兹波的方法。利用耦合光学参量效应产生的双信号光和双闲频光在同一块非周期极化铌酸锂（APPLN）晶体中分别激励一套级联光学差频（CDFG）并产生太赫兹波。频率、偏振方向、传播方向完全相同的太赫兹波将两套CDFG强烈地耦合在一起。CCDFG可以利用两套CDFG共同产生并放大太赫兹波，而产生的太赫兹波又反过来增强CCDFG，进一步驱动CCDFG向更高阶斯托克斯差频扩展，从而大幅提高了太赫兹波能量转换效率。经计算可知，在100 K和300 K温度下，CCDFG产生太赫兹波的能量转换效率分别为37%和4.6%，比相同条件下双信号光和双闲频光激励的两套CDFG的能量转换效率之和分别提高了40%和60%以上。

提出了一种在光学参量振荡器中基于级联光学差频在周期极化铌酸锂晶体中产生高效太赫兹（THz）波的方法。通过优化谐振腔参数，各阶级联Stokes光子在谐振腔内往返振荡，而各阶anti-Stokes光子只能在谐振腔内穿过一次。结合优化差频技术，各阶Stokes光子在谐振腔内每循环一次，级联光的能量向高阶Stokes光子转移一次，经多次重复转移，绝大部分泵浦光子被转移到高阶Stokes光，达到在增强级联Stokes过程的同时抑制级联anti-Stokes过程的效果。在工作温度为100 K，泵浦光强度为10 MW/cm2、信号光强度为0.01 MW/cm2时，THz波的能量转换效率达到21.2%。该转换效率超过了Manley-Rowe关系限制，为产生高效率的脉冲、准连续、连续THz波提供了优化方案。

提出了一种在晶体极化声子共振区利用级联差频在MgO∶LiNbO₃平板波导中产生高频太赫兹波的方法。不同于传统的基于两束近红外光直接差频产生太赫兹波，本文首先利用两束近红外光在周期极化铌酸锂(PPLN)晶体中产生低频太赫兹波和一系列级联光，然后将上述级联光耦合导入平板波导中，通过改变平板波导的尺寸优化各阶差频的相位失配分布，经级联差频高效产生高频太赫兹波。借助MgO∶LiNbO₃晶体极化声子共振区巨大的非线性光学系数，以及MgO∶LiNbO₃平板波导中被降低的太赫兹波吸收系数，在室温下通过输入两束强度均为100 MW/cm²的差频光，得到了频率为5 THz的高频太赫兹波，太赫兹波强度为88.2396 MW/cm²，能量转换效率为44.12%。本文为产生高频、高功率太赫兹波提供了一种全新方法，可以推动高频太赫兹波在未来高速无线通信领域的应用。

理论分析了有机晶体2-[3-(4-hydroxystyryl)-5,5-dimethylcyclohex-2-enylidene]malononitrile (OH1)中基于共线相位匹配级联光学差频产生太赫兹波的物理过程。从耦合波方程出发分析了级联斯托克斯过程和级联反斯托克斯过程, 计算了太赫兹波的强度和量子转换效率。相对于非级联光学差频过程, 13阶级联光学差频产生的太赫兹波强度增大了15.96倍。13阶级联光学差频中太赫兹波的量子转换效率为1377%, 超过了Manley-Rowe关系的限制。

为了测量半导体激光器在电流调谐下的动态波长, 提出了基于光纤延时自外差法的测量方案, 阐述了测量原理, 研究了拍频与动态波长的递推关系。 应用该实验系统测量了分布反馈式半导体激光器调谐的动态波长特性, 与由光谱仪测量的稳态波长特性比较。 结果表明, 动态波长与稳态波长随电流变化特性有着类似的非线性规律, 在20~100 mA调谐范围内二者差异小于0.002 nm。 此外, 通过气体CO2的两条吸收谱线与HITRAN谱库中标准吸收线位置比对, 辨识出半导体激光器调谐的动态波长, 该辨识出的动态波长值与由延时自外差法推算出的动态波长值比较, 二者误差为1 pm, 进而验证了该测量系统的可靠性。

提出一种前端直接耦合光纤平凸透镜的聚合物直光锥光束准直系统。通过具体地对直光锥的端体结构参数进行优化设计以得到高耦合效率高准直精度的直接耦合式聚合物直光锥准直系统。并利用光线传输理论和仿真实验，论证了直光锥的锥角和锥长对准直效能的较大影响。结果表明，选择合适的锥角和锥长能达到十微弧度级的准直精度，能较好地满足空间光通信系统远距离发射和接收对于光束质量的要求。此外，理论数值和仿真实验同样验证了该直接耦合式直光锥准直系统对于较大发散角的发散光束具有较好的准直效果。

在铌酸锂晶体非共线相位匹配太赫兹波参量振荡器中观察到了级联光学参量效应。实验中测量到了一阶、二阶和三阶斯托克斯光。通过分析一阶、二阶和三阶斯托克斯光谱发现相邻阶斯托克斯光频率差相等，表明在太赫兹波的产生过程中发生了级联光学参量效应。在高阶级联光学参量过程中，一个泵浦光子可以产生多个太赫兹光子，表明在太赫兹波产生过程中量子转换效率会有效提高。

基于LiNbO3晶体垂直表面输出技术，设计了一台小型化外腔THz参量振荡器。利用小型化灯1064 nm脉冲激光器泵浦MgO:LiNbO3，通过优化设计三波非共线相位匹配的光学参量振荡腔结构，实现THz垂直晶体表面输出，减少LiNbO3晶体对THz波的吸收，提高了THz波输出光束质量。当在泵浦光能量为128 mJ、重复频率为10 Hz时，获得THz波的调谐范围为0.69~3.01 THz，在1.6 THz处获得THz波最大平均功率为10.8 μW，脉冲宽度为10 ns，对应THz波能量转换效率为8.43×10-6。

利用一块大体积MgO∶LiNbO3晶体，采用浅表垂直出射方式构成太赫兹(THz)波参量振荡器(TPO)，实现了高功率可调谐的THz波输出，调谐范围为0.8～2.8 THz。当抽运功率密度为197.4 MW/cm2时，在1.73 THz处每个THz脉冲的最大输出能量为173.9 nJ,对应的能量转换效率为2.2×10-6。实验过程中观察到了一阶和二阶斯托克斯(Stokes)光，一阶Stokes光相对于抽运光的频移等于产生的THz波的频率。