中红外波段覆盖了大量气体分子的基带吸收线,其吸收强度比近红外波段高2-3个数量级。因此,基于中红外激光的吸收光谱技术可实现气体种类、浓度等信息的高灵敏度探测,在环境监测、矿床开发、医学诊断、星际探测等领域具有重要的应用价值。基于准相位匹配(QPM)技术差频产生(DFG)的中红外光源,因具有室温工作、窄线宽、输出光束质量好等优点,目前已成为大气痕量气体检测的首选光源。本论文基于MgO:PPLN晶体搭建了中红外DFG系统,并深入研究了该系统的输出性能,在此基础上,构建了 CH4气体光谱检测系统,具体研究内容如下:1、从非线性光学理论出发,结合DFG基本原理,讨论了实现相位匹配的常用技术,分析了晶体周期、温度、角度和波长的接受带宽对DFG/QPM的影响。2、以1060nm和1550nm波段窄线宽激光器作为基频光源,采用周期30.3μm的MgO:PPLN晶体作为非线性晶体,获得了连续波可调谐中红外光源。通过理论与实验分析了基频光功率、晶体长度、聚焦参数等因素对DFG系统转换效率的影响,此外,系统的研究了晶体温度及基频光波长调谐特性。实验结果表明,该DFG系统的转换效率约为191μW/(W2·cm),MgO:PPLN晶体的温度接受带宽约为4.2℃,泵浦光波长匹配带宽约为5.8nm,中红外波长调谐范围可达到390nm,系统在2小时内的功率波动小于5%。3、采用直接吸收光谱技术,通过外加10Hz的三角波信号扫描泵浦光波长,测得了 CH4分子2999.01cm-1处的吸收光谱。实验结果显示,CH4分子吸收峰半高宽约为0.227cm-1,与HITRAN数据库中理论值0.202cm-1相比,相对误差较小,表明该中红外DFG光源系统具有很好的窄线宽特性,适用于气体的高灵敏度、高分辨率光谱检测分析。