波长在 3～5 .m波段的中红外激光由于处于大气窗口波段，同时又是众多原子及分子的吸收峰，因此在光谱学、医学、通信、遥感、环境监测及红外对抗领域有着广泛而重要的应用前景。目前，固体激光器实现中红外激光输出的途径按照工作介质划分主要包括以 Fe:ZnSe晶体为代表的过渡金属掺杂硫族化合物激光器、以 MgO:PPLN晶体为代表的光参量振荡器，及以 ZGP晶体为代表的光参量放大器 3种类型。本文分别介绍它们的技术路线及近年来的最新研究进展，讨论了高能高功率中红外固体激光器的关键技术问题，并对其发展趋势进行了展望。

We present a 3~5 \mum optical parametric oscillator (OPO) based on ZGP pumped by KTP OPO 2.1-\mum laser. The tuning curves of ZGP OPO are calculated. The 8 \times 6 \times 18 (mm) ZGP crystal, whose end faces are antireflection coated at 2.1 and 3.7~4.6 \mum, is cut as \theta =53.5o, \phi =0o. When the pump power of 2.1-\mu m polarized laser is 15 W at 8 kHz, 5.7-W output power and 46.6% slope efficiency are obtained with a ZGPtype I phase match. Central wavelengths of the signal and idler lasers are 4.10 and 4.32 μm, respectively. Pulse duration is about 27 ns. Beam quality factor M2 is better than 1.8. The tunability of 3~5 \mu m can be achieved by changing the angle of the ZGP crystal.

根据非线性晶体ZnGeP2(ZGP)的色散方程、能量和动量守恒,对ZGP-DFG过程的调谐特性、转换效率以及此过程中的允许参量、走离效应进行了数值计算和分析,得到了Ⅰ类和Ⅱ类相位匹配条件下的ZGP-DFG角度调谐特性和转换效率。在Ⅰ类和Ⅱ类相位匹配条件下,分别对ZGP,AgGaS2(AGS)和AgGaSe2(AGSe)晶体的调谐特性进行了比较,得到了在Ⅰ类匹配时,ZGP的角度调谐范围为51°-89°,对应的波长范围在3.1-12 μm;在Ⅱ类匹配时,波长调谐范围6.2-11.5 μm,对应的角度调谐范围为58°-88°。结果表明ZGP-DFG的走离效应较小且转换效率远大于AGS和AGSe晶体。进一步证明了ZGP为较好的中红外激光晶体。

根据色散方程、能量和动量守恒, 研究非线性晶体ZnGeP2(ZGP)的光参变特性, 得到2 μm抽运时的I和II类ZGP-OPO角度调谐曲线。在I类匹配时角度调谐范围为50.7°～57°, 对应的波长连续调谐范围在2.4～11 μm;在II类相位匹配时, 波长调谐范围2.4～11.5 μm(在3～6μm不连续), 对应的角度调谐范围为58°～87°。同时对调谐过程中的允许角、走离角进行了分析, 对ZGP与AgGaS2(AGS)和AgGaSe2(AGSe)晶体做了分析比较, 结果表明ZGP为较好的中红外激光晶体。