中波红外焦平面探测器因在红外制导导弹、红外夜视仪等**领域的重要性而被广泛关注，其中带通滤光膜具有滤除杂散光和保护探测器的作用。本研究的目的是针对中波红外焦平面探测器滤光膜的关键技术问题，通过分析、选材、优化等方法，制备出性能良好的中波红外带通滤光膜。以Ge为高折射率材料和基底，以SiO为低折射率材料，设计了带通膜系结构。不仅实现了在0°入射角下对295～505 m波段大于92%的高透过率、通带宽度优于37～48 m的常规应用，而且对295～505 m之外的其它波段也能达到良好的截止效果。经测试，其光洁度、牢固性等各方面性能良好，可以很好地应用于中波红外焦平面探测器。

回顾了量子级联激光器( quantum cascade lasers, QCL)的发展历史, 以中红外、长波红外和太赫兹等典型波段的量子级联激光器为例描述了材料和器件技术的研究进展, 介绍了量子级联激光器在物质成分探测、自由空间光通信、定向红外对抗等领域的应用研究情况, 归纳了量子级联激光器技术的发展趋势。

长波红外波段的激光在大气中能够低损耗传输,这就使得长波红外激光具有广泛应用的天然优势,其中长波红外激光可用作红外光电对抗光源,特别是随着长波红外探测器的发展,其对相应波段的对抗光源的需求与日俱增。为此设计并搭建波长为2.05 μm Ho∶YLF激光来泵浦长波CdSe光参量振荡器的实验装置,该装置可以输出峰值波长为12.5 μm的高重频长波红外激光。激光器在重复频率5 kHz情况下的平均功率最高达526 mW,Ho∶YLF激光到长波激光的光光转换效率为1.46%,斜效率为23.4%,激光单脉冲宽度为24.4 ns,单脉冲能量为0.1 mJ,单脉冲峰值功率为4.3 kW,X方向的光束质量因子为4.3,Y方向的光束质量因子为3.2。

以2.05μm Ho∶YLF激光器作为光源,泵浦了长波ZnGeP2 光参量振荡器,实现了高效率、高重复频率的长波激光输出。激光器输出的峰值波长为8.1μm,最大输出功率为3.2W@10kHz,泵浦激光到长波激光的光光转换效率为12%,斜效率为19.3%,激光单脉冲宽度为27.11ns,单脉冲能量为0.32mJ,单脉冲峰值功率为11.8kW,X方向的光束质量因子为4.5,Y方向的光束质量因子为4.2。

以红外光学和薄膜技术为理论背景, 详细介绍了氧化铝基体表面3.7 μm与4.8 μm双波段带通滤光膜的特性、制备及测试方法。氧化铝(Al2O3)由于其透光区域较宽,牢固度好, 便于光学系统使用而被经常应用于中波红外光学系统中。采用软件优化计算和双面镀制截止带通滤光膜的方案,通过速率控制、离子辅助等工艺方法研制成功了可靠性和光谱特性皆优的双波段带通滤光薄膜。分析认为设计结构和优化算法对于薄膜通带平坦度、截止深度以及透过率有着明显的影响。制备工艺方面, 除了合适的蒸发速率外, 采取缓慢蒸发和弱离子能量辅助也是很重要的关键技术, 最终光谱透过率测试平均大于87%, 通过了环境测试, 符合使用要求。

3~5 μm中红外辐射位于大气传输窗口, 具有广泛的应用前景。目前, 固体激光器获得3~5 μm中红外辐射的途径主要是基于光参量振荡(OPO)的方法。与之相比, 以直接抽运为代表的新型中红外固体激光器在总体设计原理和激光器结构上都更为简单。目前, 随着相关晶体材料和对应抽运源的逐步成熟, 直接抽运中红外激光器迅速发展。总结了以Fe∶ZnSe、Ho∶BYF和Dy∶PGS三种晶体材料为代表的直接抽运中红外固体激光器, 详细介绍了其关键技术和国内外主要研究进展, 分析了其发展的重点和难点。

参照国际标准ISO 21254及其规范，组建了一套2 μm 波长脉冲激光损伤阈值测试装置，利用该实验装置并采用R-on-1的测试方法，测量了不同表面光学质量红外非线性晶体磷锗锌的表面激光损伤阈值，同时测量并分析了激光脉冲频率、脉冲宽度等参数对磷锗锌晶体激光损伤阈值的影响，通过测试对该晶体在实际使用中避免激光损伤提供了重要的实验参考。

阐述了一种获得高功率3~5 μm 中红外激光输出的实验方案，即先通过高功率1.94 μm 光源抽运Ho:YLF 晶体，获得高重复频率2.05 μm 激光输出，通过端抽运放大方式，提升2.05 μm 激光功率水平，最终2.05 μm 激光抽运光参量振荡器(OPO)实现高功率中波激光输出。在水冷工作体制下获得了重复频率5 kHz、最大功率26.9 W 的中波输出，脉冲宽度为24.4 ns，2.05 μm 到3~5 μm 的光光转换效率达50%，通过角度调谐获得不同波长的中红外激光输出，验证了该实验方案作为一种获得高功率、高效率、高重复频率中红外激光输出工作方式的可行性。

2014年12月，中国电子科技集团公司第十一研究所的中长波红外固体激光技术研究团队，采用2 μm 波长脉冲固体激光器抽运磷锗锌晶体(ZnGeP2)非线性频率变换的技术路线，在2 μm 波长激光抽运激光功率为95 W 时，实现了最高平均功率10.8 W，中心波长8.08 μm，脉冲重复频率5 kHz，脉冲宽度30 ns的长波红外固体激光输出，这是目前为止，本课题组所知国际上公开报道的长波红外固体激光功率输出的最高记录。

简要分析了掺铥铝酸钇(Tm:YAP)晶体的能级结构及吸收光谱特性和磷化锗锌(ZGP)晶体的相位匹配特性，报道了一种在室温条件下工作的中红外光参量振荡器(OPO)。激光器输出的波长为3.88、4.00、4.14 μm，在脉冲频率为10 kHz时，最大输出功率为7.16 W，OPO抽运源到中波输出激光的光光转换效率为49.4%、斜率效率为48.9%。激光单脉冲宽度为81.47 ns，单脉冲能量为0.71 mJ，单脉冲峰值功率为8.78 kW，光束质量M2在X方向为3.8，Y方向为4.0。