3~5 μm中红外波段激光在大气中具有较高的透过率，因此被广泛应用于光电对抗等领域。报道了基于掺杂氧化镁的周期极化铌酸锂（MgO∶PPLN）晶体的kHz、mJ量级的中红外光学参量振荡器（OPO）。采用纳秒脉冲1064 nm激光泵浦基于多周期MgO∶PPLN晶体的OPO，OPO采用泵浦双通单谐振平凹腔结构。中红外激光的重复频率为1 kHz，4.08 μm处输出的最高单脉冲能量达到1.041 mJ。最高光-光转换效率为16.8%，斜效率为19.3%，中红外激光脉宽约为9.53 ns。在最高能量输出时，OPO运转30 min时输出功率的均方根（RMS）为0.24%。通过温度-极化周期结合的调谐方式，OPO在3.49~4.18 μm的较宽范围内都能够保持0.9 W以上平坦的高能量输出。在极化周期27.5~29.6 μm以及温度25~200 ℃的调节范围内，闲频光波长的调谐范围为3.49~4.48 μm。实现了重复频率为kHz量级、单脉冲能量为mJ量级的可调谐中红外输出，其在光电对抗领域具有应用价值。

设计了一种由1 μm涡旋光泵浦的闲频光单谐振KTiOAsO₄涡旋光参量振荡器，并基于该光参量振荡器在近/中红外波段实现了高光束质量、高能量、窄光谱带宽的涡旋光输出。选取不同曲率半径的输入镜和平面输出镜分别建立平平腔和平凹腔两种腔结构，基于所建结构可以控制泵浦光的轨道角动量（OAM）选择性地传递给输出的信号光或闲频光。当泵浦光最大能量为20.6 mJ时，在近红外波段产生了3.04 mJ的信号涡旋光（1.535 μm），同时在中红外波段产生了0.82 mJ的闲频涡旋光（3.468 μm），它们对应的转换效率分别为28.21%和7.62%。基于泵浦光与谐振闲频光在两种腔型中的空间重叠效率，从理论上解释了泵浦光OAM的传递原理。测量得到输出信号光和闲频光的光谱带宽（半峰全宽）分别为λ_s=0.85 nm和λ_i=1.08 nm，其中闲频光在两个正交方向上的光束质量因子分别为Mx2≈2.1和My2≈2.2。

3 μm~5 μm中红外激光处于大气窗口波段，对应着众多原子或分子的特征吸收峰，在医疗诊断、大气环境监测、空间通信以及光电对抗等诸多领域具有非常重要的应用价值。在这些应用领域，人们往往要求光源拥有窄谱宽和快速波长调谐功能，而窄谱宽激光具有较小的谱宽、能量集中，是满足这些应用的理想光源。总结了实现窄谱宽3 μm~5 μm中红外激光输出的Fe2+/Cr2+离子掺杂固体激光器和氟化物光纤激光器谱宽压缩技术，以量子级联激光器为例，展示了几种激光稳频的措施，重点阐述了结构紧凑、全固化的中红外光参量振荡器的调谐原理和压缩谱宽所采取的技术，对课题组在窄谱宽光参量振荡器方面的研究工作进行了介绍，并对窄谱宽中红外激光技术的研究前景进行了展望。

在CdSe晶体光参量振荡器(OPO)中, 泵浦激光经过晶体后产生大量废热, 使CdSe晶体出现明显热透镜效应, 从而导致泵浦激光的光斑半径在晶体内部不断变小, 最终降低了晶体的损伤阈值和OPO的输出功率。本文利用COMSOL软件对高重频脉冲激光泵浦CdSe晶体进行多物理场建模, 完成了CdSe晶体热透镜效应仿真, 通过参数优化, 发现对流系数与晶体最大温度成反比, 与晶体后端面和焦点的光斑半径成正比, 聚焦位置随对流系数增加趋于稳定。单脉冲能量和重复频率与晶体最大温度和焦点的光斑半径成正比, 与晶体后端面光斑半径和聚焦位置成反比。准直激光光斑半径与晶体最大温度成反比, 与晶体后端面光斑半径、聚焦位置和焦点光斑半径成正比。该研究解决了CdSe OPO中晶体后端面光斑半径难以直接测量的问题, 为优化CdSe晶体热透镜效应提供了理论依据。