研究了在高抽运功率下，单共振光学参量振荡器（SRO）腔型对其输出特性的影响。在理论分析的基础上，实验搭建了基于掺杂氧化镁的周期性极化铌酸锂（MgO∶PPLN）晶体的两镜驻波腔和四镜环形腔SRO。驻波腔SRO的阈值抽运功率为3.2 W，当抽运光功率为14.2 W时，信号光和闲频光功率分别为5.2 W和2.2 W。当抽运光功率大于15 W时，驻波腔SRO输出功率的实测值随抽运光功率的增大而减小，与理论预测偏差较大。环形腔SRO的阈值抽运功率为7.2 W，当抽运光功率为25 W时，信号光和闲频光功率分别为8.1 W和3.6 W。环形腔SRO输出功率的实测值和理论预测基本一致。驻波腔及环形腔SRO输出的信号光在2 h内的功率波动分别优于±2.76%和±2.53%，驻波腔及环形腔SRO输出的闲频光在2 h内的功率波动分别优于±1.24%和±1.19%。驻波腔及环形腔SRO输出信号光的长期频率漂移分别优于±40 MHz及±28 MHz。

结构光束是指在空间和时间上“定制”的光场，其振幅、相位和偏振态在空间和时间上有着特殊的分布。近些年，结构光束的研究发展迅速，光学参量的特殊分布从特定的空间横向结构、纵向结构，发展到定制的时空结构。这种具有不同时空结构的光束为众多领域带来了突破，包括光学通信、光学传感、光学微操作、量子信息处理和超分辨率成像。因此，人们提出了许多方法，并制造了相关器件，通过调整光束的各种光学参量在空间域和时空域的分布来生成结构化光束。本文主要介绍不同类型结构光束（包括空间结构光束以及时空结构光束）的制备方法，对已产生的结构光束进行了总结，并进一步讨论和展望了结构光束在未来的发展方向。

本文基于一个含有光学参量放大器的腔光力系统, 其中腔场和机械场之间具有线性和二次色散耦合的相互作用, 研究了二次光力耦合与参量放大器对本征模劈裂的重要影响。通过分析腔场涨落项的输出谱和机械振子位移的涨落谱, 得出结论: 腔场和机械场均呈现出本征模劈裂的现象, 光学参量放大器非线性增益值的大小及二次光力耦合强度均正比于劈裂谱两峰之间的距离, 即二者对本征模劈裂效应具有相似的调控作用。本文同时也验证了文献[Journal of Modern Optics, 66(5): 494-501 (2019)]的结论: 具有线性和二次耦合的光力系统可以是含有光学参量放大器混合光力系统的一个替代研究平台。

强耦合是腔光力系统用于产生和观察许多宏观量子现象(如光力压缩态和纠缠态等)的基本条件,系统进入强耦合的明显标志是正交模劈裂。本文理论分析了加入光学参量放大器和相干反馈的光力系统中的正交模劈裂现象,并讨论分析了反馈回路的光学相位对正交模劈裂的影响。在不同参数情况下,如光学参量放大器参量增益、反馈分束器的反射系数和输入光功率等,模式位置和线宽随相移的变化。结果表明: 在其他参数一定时,通过调节反馈相位,初始无模式劈裂的系统随相位变化出现模式劈裂并达到最大的模式间隔,从而从弱耦合进入强耦合状态。而且,多个参数的协同调节,可有效提高模式劈裂的程度。该研究为实验上增强光力耦合强度的实验调节提供了方便,可广泛用于光力系统的弱力灵敏探测以及宏观量子态产生与测量等。

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。

为了研究光学参量如何影响测风激光雷达相干效率的问题，结合理论推导与实验验证进行了研究。基于光场叠加理论，讨论了本振光束腰、光纤耦合器芯径、光学系统像差对系统相干效率的影响;开展大气湍流影响实验，测量了不同光学参量的系统在典型天气条件下的信噪比。结果表明，光瞳口径为100 mm、F数为2时，最优束腰半径为3.3 μm，最佳匹配接收光纤芯径为9 μm，光学系统波像差均方根值应不大于0.06λ; 在强湍流作用下，当能见度小于5 km时，雷达探测距离降低60%。此研究对光学参量的优化具有重要参考意义。

高精度的干涉仪在精密测量领域有着非常重要的作用。相位估计的不确定度通常用来判定一个干涉仪测量的精密程度，相位估计的不确定度越小意味着相位灵敏度越高。在理论上提出了由光学参量放大器和线性光学分束器（BS）组成的非线性干涉仪。基于热85Rb原子系综四波混频（FWM）过程的光学参量放大器用来实现干涉仪中光束的合成与分离。BS作为反馈控制器，通过控制器件的反射率，来控制FWM过程的出射光返回到入射光端口的比例。与传统干涉仪的相位灵敏度相比，通过理论计算证明了基于光学参量放大器反馈的非线性干涉仪相位灵敏度更高。本研究结果在量子精密测量领域有着潜在的研究价值。