设计并搭建了一台具有高重复频率(1 MHz)和低泵浦阈值的飞秒光参量放大器(OPA)。该OPA使用掺镱飞秒光纤激光器进行泵浦，超连续白光作为种子在β-偏硼酸钡(BBO)晶体内被515 nm倍频光放大，实现了650～950 nm范围内的可调谐输出。该OPA的最高转换效率超过20%，功率稳定性可以达到0.22%，压缩后的最短脉宽小于34 fs，当1030 nm波段的脉冲能量为300 nJ时即可实现稳定输出。相比于飞秒光参量振荡器，该系统更加简单稳定；相比常规飞秒光参量放大器，该OPA具有更低的阈值，更适合高重复频率低能量的应用场景，例如多光子成像、显微瞬态吸收光谱等。

研究了少模光参量放大器（FMOPA）的串扰特性，详细描述了发生在少模光纤模式内和模式间的四波混频及其相位匹配条件。给出了少模光纤中与时间无关的非线性薛定谔传输方程，利用数值求解方法描述了FMOPA的模间串扰，并推导出相应的半解析解。首先，设计了一种新的光纤结构，能在C波段（1530~1565 nm）以20 nm带宽传输五个模式。然后，用COMSOL仿真软件获得不同模式的模场分布，并用Matlab软件计算了这些模式间的传播常数与非线性系数。最后，通过合理调整每个模式的传输功率，在150 m长的光纤上使不同模式间的最大差分增益减小到0.7 dB。实验结果表明，半解析解与数值求解方法得到的串扰结果一致性较高。

为了提高皮秒可见光参量产生/放大器(OPG/OPA)的转换效率及输出能量, 采用走离补偿结构和镜片膜系特殊设计等方法进行了实验验证。研究了在不同的抽运能量下OPA信号光的光束质量因子M2的演化过程和信号光在430nm~680nm内的调谐输出性能。结果表明, 在6.9mJ的355nm抽运能量下, 最高获得了2.7mJ的510nm信号光能量输出, 对应的光光转换效率为39.1%, 光子转换效率为56.2%;该方法可以有效提高OPG/OPA的输出能量和转换效率。该研究对紫外和深紫外晶体的表征是有帮助的。

大气压力是最重要的气象要素之一。为了实现空间激光遥感大气压力,需要先进行必要的地基激光雷达探测实验研究。以单纵模Nd∶YAG激光器的二倍频532 nm激光脉冲作为泵浦源,以KTP(KTiOPO4)晶体作为非线性转换介质的光参量振荡器和光参量放大器,产生了760.236 nm和760.307 nm 波长的两种激光脉冲,脉冲能量为40 mJ,采用?350 mm望远镜接收大气的后向散射,从而获得了不同高度处与激光雷达之间双波长的差分光学厚度。有效探测高度为500~4000 m,时间分辨率为1~5 min。实验结果表明,差分光学厚度对应着大气层不同高度处与激光雷达间的压力差,其对应关系的数值表达是可以期待的。

介绍了一种氧气A带差分吸收激光雷达发射机，试图用于大气压力探测实验.该激光发射机是基于种子注入的光参量振荡器和光参量放大器的结构.作为从振荡器，采用一个环形腔KTP光参量振荡器.作为注入种子的主振荡器，即一个连续波外腔调谐二极管激光器.该连续波外腔调谐二极管激光器，由高精度的波长计构成的一个PID(Proportional-Integral-Derivative)伺服控制环，稳定其工作波长.向光参量振荡器的谐振腔注入连续波的种子激光，通过“Ramp-Hold-Fire”技术，锁定OPO(Optical Parametric Oscillator) 谐振腔的腔长.该激光发射机具有高的光频率稳定性(30 MHz/rms)、窄的线宽(傅立叶转换限)、高的脉冲能量(≥45 mJ)等性能，能够在工作期间保持稳定.发射机系统以单纵模式工作，使得差分吸收激光雷达对后向散射光信号的窄带探测成为可能.因而此类系统具有精确探测大气压力的发展潜力.

基于掺氧化镁的周期性极化铌酸锂(MgO: PPLN)晶体,研究了连续波种子光注入结构的光参量放大器(OPA)。采用重复频率为10 kHz、最大平均输出功率为6 W的1064 nm高频脉冲激光作为抽运源,晶体的极化周期为31.02 μm,在119 ℃工作温度下,将连续分布式反馈激光器(DFB)作为种子注入,在1652.3 nm处得到最大平均功率为125 mW的OPA信号光输出,量子转换效率为7.47％。实验通过改变注入种子光波长,实现了信号光nm级范围的调谐输出。信号光通过10 m外甲烷气池,观察到其光谱强度明显下降,初步验证了信号光在甲烷遥测领域的可行性。与用种子光直接检测相比,信号光强度更高,检测距离及灵敏度均有较大优势。

高增益和抽运光谱宽等因素会使光参量振荡器输出的参量光谱线大幅展宽。通常在腔内插入标准具、光栅等元件以控制谱宽，但会引入损耗，导致激光器输出阈值增大，转换效率和输出功率降低。报道了一种不使用任何谱宽压缩元件获得窄谱宽高功率中红外激光输出的方案。该方案将窄谱宽和高功率分离，分别获取。搭建了1.064 μm NdYAG主振荡功率放大结构的窄谱宽抽运源。通过调节光参量振荡器中PPMgLN晶体内的抽运光功率和光斑直径，实现晶体内增益强度的控制，从而有效控制中红外激光谱宽。在光参量振荡器中，当抽运光功率约为3倍阈值时，获得了0.7 W、谱宽小于1.12 nm的2.9 μm种子光,再通过两级光参量放大器后，最终获得6.27 W、光光转换效率15.7%的2.9 μm激光输出，谱宽基本保持不变。

参量荧光是基于光参量啁啾脉冲放大（OPCPA）技术的光参量放大器的本征量子噪声。它不具备与主激光相同的时域啁啾特性，在压缩器中形成不可压缩的脉冲底座，降低了激光脉冲的信噪比。在小信号增益情况下，基于解析公式给出了不同抽运波形、不同增益、不同系统带宽和啁啾率情况下参量荧光脉宽的演化规律。结果表明：单级放大器输出荧光脉宽正比于抽运光脉宽；荧光脉宽随着增益的增大而变小；增益一定的情况下，荧光脉宽随着超高斯波形阶数的增大而变大。对OPCPA系统而言，展宽-压缩系统对荧光存在色散展宽的作用，其最终输出荧光脉宽与系统带宽、啁啾率紧密相关。基于拍瓦OPCPA(PW-OPCPA)实验平台进行了相关的验证实验，实验结果与理论具有良好的一致性。

对基于周期极化掺氧化镁的铌酸锂(PPMgO:CLN)晶体的光参量放大器(OPA)进行了理论分析和实验研究。模拟了PPMgO:CLN晶体准相位匹配(QPM)波长-温度调谐曲线和OPA中各光波平均功率随晶体长度的变化曲线，并进一步分析了最佳晶体长度的影响因素。当常温极化周期为31.3 μm的PPMgO:CLN晶体工作在150 ℃时,用平均功率为44 W的调Q NdYAG激光器抽运OPA,注入OPA内的2.765 μm激光的功率由4 W定标放大至13.3 W,转换效率为21.14%。

KTP非线性频率转换技术是实现人眼安全激光的有效方法,为了获得高峰值功率人眼安全激光,设计了一种级联式1.06 μm泵浦非临界相位匹配环形腔KTP光参量振荡器-光参量放大器,并对其激光输出进行了测试,结果证明该光参量振荡器输出激光波长1.571 μm,激光峰值功率42 MW,光光转换效率35%,能量稳定度2.5%。该技术已用于计量检测标准光源,并在远程人眼安全激光测距仪、激光雷达等装备中具有应用前景。