文献综述
激光是20世纪的重大发明之一，由于激光器的发光机理不同于普通光源，具有突出的优异特性，在现代科学技术各个方面发挥了独特的作用，它的出现标志着人类掌握了一种前所未有改造世界的先进方法和手段[1]。无独有偶，激光也与许多其他发明一样是经历过一代又一代科学家的工作基础才发展形成的：1916年爱因斯坦提出自发和受激辐射理论，为激光的出现奠定了理论基础。直到二十世纪五十年代，电磁波的迅速发展催生了微波激射器(MASER)[2-6]。之后，在1960年5月，休斯实验室的Maiman和Lamb共同利用红宝石制作出世界上第一台激光器[7],激光正式问世。此后，多种多样的激光器相继出现在大众的视野中，激光技术的发展日新月异，在光通讯、工业生产、娱乐、医学等方面均对人类生活产生举足轻重的影响。
非线性频率变换是激光的有效补充和扩展手段。一般激光产生依赖于受激吸收与辐射过程，工作物质的固有能级之间粒子数反转进而发出特定频率的辐射，这一过程的局限性在于输出波长固定且一般不可调谐，虽然个别器可调谐输出，但其调谐范围有限，实用性受到束缚。可是非线性光学通过倍频、和频、差频、光放大和光参量等手段可实现频率变换，产生现有激光材料不能发射的波长，能够更好满足特殊场合对波长的要求。其中，光参量是一种非常方便有效可获得宽带连续可调谐激光输出的频率转换方式。
非线性光学频率变换技术与传统的激光技术相辅相成，使得人类具备了可获得从X射线、紫外到中远红外，乃至THz波段激光辐射的能力，与此同时，为人类科技向前进步提供了动力，日新月异的当下离不开这些技术。各波段激光在人类生活生产等方面都有重要的应用，例如：紫外和深紫外波段激光在微纳加工领域占据非常重要的地位[8]；可见光波段是激光显示，照明的重要基础[9]；在很多领域，中红外波段具有更重要的应用前景与更紧迫的应用需求。大气消光作用与波长相关，且具有明显的选择性，下图1.2-1为大气透射窗口示意图，由图可以看出，3-5mu;m是大气的一个窗口，该波段辐射比可见光受大气散射的影响下，具有较高的大气透射比。
图1 大气透射窗口示意图
中红外激光拥有两个特别重要的应用场景。首先，许多碳氢气体与有毒气体的特征吸收峰处于中红外波段范围内,因而中红外相干光源在微量气体探测领域有广泛的民用价值:如油田开采,大气中温室气体探测,毒品稽查,天然气管道泄露探测,煤矿中甲烷气体探测等[10]。此外，红外制导导弹探测器的响应范围在3-5mu;m波段，因而针对红外导引头的光电对抗迫切需要该波段的激光光源。在军事应用中,应用前景主要在两个方面:(1)成像激光雷达,在此应用中,重复频率必须大于10kHz,以在合理的时间内产生一帧图像;利用可调谐相干光源,可考虑发展成多光谱激光雷达系统。(2)激光定向红外干扰,在一些红外干扰系统中,为达到有效干扰热寻踪或红外焦平面成像制导导弹,需要高重复频率、高平均功率准连续激光或连续波激光[11]。
目前，获取中红外激光的方式主要有：化学激光器[12,13]、气体激光器[14]、自由电子激光器[15,16]、光参量等，光学参量振荡器利用二阶非线性效应，在非线性晶体作用下，技术成熟的近红外或可见光波段激光被转换为长波波段，此输出可调谐，而且光参量振荡在成本、输出功率以及系统体积方面有较大优势，因此光参量振荡是人们获取可调谐中红外激光的有效途径。光参量振荡器(Optical Parametric Oscillator简称OPO)的基本原理[17]:—个高频抽运光光子通过非线性晶体后，抽运光光子被湮灭，随即产生两个较低频率的参量光光子，在谐振腔中进行三波混频，在此过程中参量光多次被放大，增益大于损耗时，得到稳定的参量光输出。通过光参量振荡技术的频率变换，获得的参量光波长长于抽运光波长，输出的两个参量光中通常定义较短波长的为信号光omega;S(Signal)，较长波长的为闲频光omega;i(Idler)。光参量振荡过程为：omega;p→omega;S omega;i。
图2光参量振荡过程示意图
