处在大气窗口的3 ~5μm和8 ~12μm范围可调谐激光,不但具有很好的大气传播特性,同时还具有在海平面上低的分子吸收系数和气悬物散射系数,因此可大大增加有效作用距离,是人们所期望的实用相干光源。随着工作在这两个大气透明窗口的可调谐中红外激光光源在激光对抗、激光遥感、激光测距、光谱分析、大气环境监测、空间通讯、加工以及医疗方面应用的不断扩展,其重要性越来越明显。基于这一背景,本文着重于工作在大气窗口的激光及利用非线性光学晶体进行频率变换获得中红外激光的理论和技术。本论文的研究工作主要分为三部分,具体内容如下:第一部分:设计并实现了一台波长可调的简单直流电纵向激励机械Q调制CO2激光器。用基于速率方程的振-转能级理论即四能级模型和CO2激光器动力学的六温度模型分别对该机械调Q CO2激光器进行优化分析。第二部分:设计并实现主、被动三种Q开关Er:Cr:YSGG固体激光器(波长2.79μm ),同时对Q转换过程的物理机制进行了分析并对三种调制结构进行了比较。第三部分:利用我们设计的可调谐Q调制CO2激光器,分别实现了AgGaGexS2(1+x),x=0,1、HgGa2S4、ZnGeP2等优质中红外非线性晶体的倍频,并分别对其相位匹配特性等进行了研究。作为应用,我们还利用ZnGeP2晶体的CO2激光器的倍频光,对CO气体的浓度进行了分析。同时研究利用Nd:YAG激光作为泵浦源,泵浦AgGaS2光学参量振荡器的理论设计和实验技术。