2-5μm中红外激光在痕量气体监/探测、国防军事、医疗诊断、聚合物加工、精密光谱学和前沿科学等领域都具有极大的应用需求和不可替代的重要价值,一直以来都是国内外激光技术领域研究学者关注的焦点。与其他技术手段相比,光学超晶格光学参量振荡器（OPO）输出功率和转换效率高、波长调谐范围宽、功耗低、体积和重量小、易集成,是获得2-5 μm宽调谐激光输出的最常用的技术手段。本论文以小型化、宽调谐2-5 μm光学超晶格OPO研究为主线,突破了宽波段调谐、线宽控制、光束质量控制、内腔OPO设计等关键技术,实现了连续波、窄线宽连续波和纳秒运转的小型化、宽调谐2-5 μm中红外激光输出。开发的2-5 μm宽调谐窄线宽PPLN-OPO中红外连续波激光器,具备实现高端激光器产品的国产化替代的能力,具有重要的经济意义和社会价值。具体内容如下:第一章:对2-5 μm中红外激光在各个领域的重要应用展开了介绍,分析了 2-5 μm中红外激光的实现方式以及光学超晶格OPO在国内外研究领域取得的重要进展,简述了本论文的主要研究内容。第二章:阐述了 OPO的原理,分析了非线性耦合波方程、OPO阈值条件和转换效率特性,详细介绍了双折射相位匹配技术和准相位匹配技术,为本论文实验研究提供了理论基础。第三章:对纳秒宽调谐中红外OPO进行了研究。（1）利用1.06 μm纳秒光纤激光器泵浦多周期（29-31.6 μm）的掺镁周期极化铌酸锂（MgO:PPLN）超晶格,通过对超晶格周期和温度进行调谐,闲频光波长在2.37-4.01 μm实现了连续可调谐激光输出;当泵浦功率为9.95 W时,2.37-3.75 μm的平均输出功率均大于1.7 W,研究结果为小型化宽调谐中红外激光光源的研发提供了实验依据。（2）研究了 2.1 μm激光泵浦磷锗锌（ZGP）OPO中红外激光输出特性,获得了 10.62 W的4.3μm中红外激光输出,并与4.3 μm PPLN-OPO进行对比,对基于光学超晶格晶体的OPO在实现高功率4.3 μm激光输出方面的潜力进行了评估。第四章:对连续波宽调谐光学超晶格OPO展开了研究。（1）采用窄线宽单频光纤激光器泵浦两块多周期MgO:PPLN晶体,协同晶体周期和温度调谐以及标准具调谐、PZT调谐等多种调谐方式最终实现了 2.2-5.1 μm宽调谐窄线宽中红外激光输出。输出功率＞520 mW@2.2-4.0 μm、＞160 mW@4.0-4.3μm、≥15 mW@4.3-5.1μm,光谱线宽＜1 MHz,在2.7 μm处8小时输出功率稳定性RMS=1.43%,在窄线宽连续可调谐激光器方面处于先进地位,进行了工程化设计,该激光器的指标对标德国Toptica产品,具备进口替代能力。（2）以Nd:YVO4作为增益晶体,利用内腔OPO结构,得到了 2.7-4.1μm连续波宽调谐中红外激光输出,固定泵浦功率14.8 W（受限于腔镜镀膜参数,2.73-2.83 μm波段将泵浦功率提高到 19W）,实现了＞20mW@2.7-3.0μm、＞100mW@3.0-4.0μm、＞50 mW@4.0-4.1μm功率输出,在3.4μm处的光束质量因子M2为1.89,在3.2μm处6小时输出功率稳定性RMS=3.83%。研制的小型化、低功耗2.7-4.1μm宽调谐中红外激光器具有重要的应用前景,并已成功完成中红外探测器响应方面的应用验证。第五章:总结了本论文的研究工作,并对2-5 μm宽调谐光学超晶格中红外OPO的发展进行了展望,指出高质量光学超晶格晶体是实现高功率、宽调谐2-5 μm中红外激光的关键,而光学超晶格中红外OPO发展的必然趋势是小型化、低功耗、轻量化、集成化。