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宽谱中红外激光光源在红外显微光谱学、环境监测、医疗诊断以及超短脉冲产生等领域有着广阔的应用前景。本论文主要围绕如何拓展同步泵浦光学参量振荡器(SPOPO)输出中红外激光的瞬时光谱带宽来开展研究，并取得了一定的研究进展。获得的主要研究成果如下：
(1)提出了一种在SPOPO中通过配置多通道运转和腔内光谱合束，实现宽谱中红外激光输出的技术方案。通过在SPOPO中加入空间色散元件以及多个反射镜，实现了单个谐振腔中多个不同波长通道的同时、独立地工作，以及各通道的腔内光谱合束；在单路泵浦、单块非线性晶体的条件下实现了输出中红外激光光谱带宽的成倍拓宽。在实验中实现了两路光谱合束，获得了覆盖2.9-3.4μm，-10dB带宽为13.2THz，接近泵浦带宽(6.7THz)两倍的宽谱中红外激光输出。
(2)提出了一种在SPOPO中通过增强自相位调制(SPM)效应，并优化腔内色散，实现宽谱啁啾脉冲振荡的技术方案。通过引入硒化锌材料提供额外的SPM效应，实现了振荡脉冲的光谱展宽。在两个基于不同长度的周期极化铌酸锂(PPLN)晶体的SPOPO实验装置中，分别实现了覆盖2.9-3.9μm(-20dB)以及3.1-4.5μm(-30dB)的宽谱中红外激光输出。通过的仿真和实验，研究了腔内色散、泵浦功率对输出光谱带宽的影响，以及腔内色散分布和非线性增益曲线对输出光谱形状的影响。通过研究，解决了传统SPOPO中由于泵浦脉冲宽度限制而无法有效利用非线性晶体增益带宽的问题。
(3)提出了一种基于啁啾准相位匹配(QPM)晶体在SPOPO中实现宽谱激光产生的技术方案。在理论上阐明了其中宽谱啁啾脉冲形成的物理机制，并通过数值仿真进行了验证。在实验中，利用非均匀周期极化铌酸锂(APPLN)晶体，实现了SPOPO的啁啾脉冲运转，获得了功率为158mW、覆盖1293-1734nm、-30dB带宽为69THz的信号光输出，以及功率为64mW、覆盖2.9-5.0μm、-30dB带宽为44.1THz的宽谱中红外激光输出。首次在基于单谐振OPO的系统中实现了完整覆盖3-5μm大气红外窗口的宽谱中红外激光输出。
(1)提出了一种在SPOPO中通过配置多通道运转和腔内光谱合束，实现宽谱中红外激光输出的技术方案。通过在SPOPO中加入空间色散元件以及多个反射镜，实现了单个谐振腔中多个不同波长通道的同时、独立地工作，以及各通道的腔内光谱合束；在单路泵浦、单块非线性晶体的条件下实现了输出中红外激光光谱带宽的成倍拓宽。在实验中实现了两路光谱合束，获得了覆盖2.9-3.4μm，-10dB带宽为13.2THz，接近泵浦带宽(6.7THz)两倍的宽谱中红外激光输出。
(2)提出了一种在SPOPO中通过增强自相位调制(SPM)效应，并优化腔内色散，实现宽谱啁啾脉冲振荡的技术方案。通过引入硒化锌材料提供额外的SPM效应，实现了振荡脉冲的光谱展宽。在两个基于不同长度的周期极化铌酸锂(PPLN)晶体的SPOPO实验装置中，分别实现了覆盖2.9-3.9μm(-20dB)以及3.1-4.5μm(-30dB)的宽谱中红外激光输出。通过的仿真和实验，研究了腔内色散、泵浦功率对输出光谱带宽的影响，以及腔内色散分布和非线性增益曲线对输出光谱形状的影响。通过研究，解决了传统SPOPO中由于泵浦脉冲宽度限制而无法有效利用非线性晶体增益带宽的问题。
(3)提出了一种基于啁啾准相位匹配(QPM)晶体在SPOPO中实现宽谱激光产生的技术方案。在理论上阐明了其中宽谱啁啾脉冲形成的物理机制，并通过数值仿真进行了验证。在实验中，利用非均匀周期极化铌酸锂(APPLN)晶体，实现了SPOPO的啁啾脉冲运转，获得了功率为158mW、覆盖1293-1734nm、-30dB带宽为69THz的信号光输出，以及功率为64mW、覆盖2.9-5.0μm、-30dB带宽为44.1THz的宽谱中红外激光输出。首次在基于单谐振OPO的系统中实现了完整覆盖3-5μm大气红外窗口的宽谱中红外激光输出。