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中红外激光技术在大气检测,军事领域,遥感技术以及生物分析等领域有众多应用,是目前激光领域的研究热点。周期性极化铌酸锂(PPLN)以及准位相匹配技术的迅猛发展使周期性极化铌酸锂光参量振荡器(PPLN OPO)成为目前中红外激光技术研究的主流方向,是目前生成中红外激光的主要方法。中红外是大气的传输窗口,其中1.5-4.3波段涵盖了众多气体吸收峰,中红外波段属于气体的基频吸收峰,吸收效率较近红外紫外高2-3个数量级,运用中红外对气体进行吸收测试可大幅度提升测量的准确度和距离。本论文基于PPLN,对PPLN OPO腔型优化设计,获得了W级以上的连续中红外宽调谐1.5-4.3um输出,同时利用光纤放大器放大DFB信号,并作为OPO泵源,获得可扫频的中红外2.6-4.3 um输出,其可扫频,宽调谐,大功率的输出特性在国内尚属首例。设计工程化样机并成功与可调谐半导体吸收光谱技术(TDLAS)结合,并解调出二次谐波信号。本论文的主要内容有以下几个方面：1、介绍了非线性激光以及中红外激光领域的发展历程,阐述了介绍了气体探测领域的发展历程。2、阐述了光参量振荡器基本原理,对各类型光参量振荡器进行分析解释,推导了光参量振荡器的阈值与增益条件,计算了波长调谐范围,对腔型进行了理论设计。介绍了中红外应用于气体探测领域的原理,针对TDLAS探测方式进行理论解释。3、研究连续中红外外腔OPO,在实验台上搭建连续环形腔OPO,设计实验方案,采用光纤放大器作为泵浦源,多通道周期MgO:PPLN为激光变频材料,在3.3um处输出功率4w(泵浦19W),激光线宽(5MHz)；1.5-4.3um波长范围内连续可调,闲频光2.6-4.3um波长范围内为可扫频输出。调整输出波长在甲烷吸收峰3.3um处进行直接吸收测试,查看到功率吸收减少情况。4、基于以上实验结果设计工程化样机。包括设计激光器内部光路,镜片加持,OPO腔中步进电机紧凑化,温控炉设计,外型美观等方面工程化设计。于稳定性方面,进行整体温度控制,减震化处理。使之成为可应用于科研,环保领域的样机使用。5、采用研制成功的样机进行气体吸收测试,测试方法为可调谐半导体吸收光谱技术(TDLAS),并将其应用于远程气体探测系统中,分别进行30m、 70m、400m、850m大气痕量甲烷遥测实验。探测精度达到2.3ppm.m。6、总结与展望