1引言
近十几年来人们对超短中红外激光脉冲开展了广泛的研究。超短中红外激光脉冲是研究窄能隙半导体和超晶格多量子阱带间瞬态光跃迁过程、半导体内光激发动力学、以及分子内和分子间的能量转移等动力学问题的重要手段。
此外，中红外3∼5µm是大气的一个传输窗口，该波段激光对大雾、烟尘等具有较强的穿透力，在海平面上传输受到的气体分子散射小。而且红外制导导弹和红外预警系统等的探测器(GaAlAs／GaAs量子阱，PbS，PbSi，InSb，HgCdTe等)都对该波段敏感，而超短中红外激光脉冲可以在瞬间提供很高的峰值功率足以损伤这些探测器件。因此，具有高峰值功率的超短中红外激光脉冲在军事对抗中也将有很多潜在的应用。
在紫外、可见和近红外波段，基本上都是用锁模技术来获得超短脉冲激光的。但是这种技术很难移植到中红外区。参量振荡法、差频产生法和参量放大法不仅具有宽调谐范围，而且整个激光器可以做到结构紧凑、小型全固化，并且可以得到几十飞秒左右的中红外激光脉冲，已经成为超短中红外激光脉冲产生的主要方法。目前得到的超短中红外激光的最大功率为0.5GW，脉冲最短达25fs。
国内，1995年，中科院物理所张杰等利用光参量放大方法得到35ps，14µJ 的中红外输出。
2 超短中红外激光脉冲的产生方法
2.1 参量振荡法
1965年出现参量振荡,它是非线性晶体中的一种混频现象，参与非线性频率变换过程中有一个或两个具有振荡特性。光参量振荡器是非线性频率变换的器件，又是波长可以调谐的光源，具有宽调谐范围、结构简单、工作可靠等特点。上世纪80年代后，随着KTP、KTA、MgO:LiNbO3,、KNbO3、AgGaSe2和Ag:GaS2等变频晶体的生长与加工工艺的成熟，使光学参量振荡的研究进人了实用阶段。同时随着高压极化法的成熟。周期极化的准相位匹配介质，如PPLN,PPKTP等也成为又一重要的变频材料，适用于连续和小型化下的频率变换。近十几年来，中红外参量振荡的发展相当迅速，尤其是纳秒级的长脉冲。最近，P.B．Phua等已经得到脉冲宽度30ns，平均功率5.5W，重复频率大于15kHz的中红外输出；并且已经出现了在2∼6µm之间连续调谐的商品化产品，其在2.954µm处输出功率高达3W；哈尔滨工业大学的王月珠、姚宝权等利用ZnGeP2晶体(ZGP)光参量振荡得到平均功率1.2W，脉宽几十纳秒长脉冲中红外输出。但对于超短中红外激光参量振荡的相关报道较少。
2.1.1 基于双折射相位匹配的超短中红外脉冲参量振荡
1989年，Edelstein和Wachman 使用染料激光器抽运KTP晶体得到0.72～4.5µm范围毫瓦量级的飞秒中红外输出，是最早采用飞秒同步抽运的光参量振荡；此后人们主要以钛宝石激光器抽运KTP、KTA, MgO:LiNb03,KNbO3、AgGaSe2和AgGaS2(AGS)等非线性晶体来获得超短中红外激光。
最近，R.Steven Kurti等，利用Nd:YAG激光器为抽运源，重复频率120MHz、脉宽10ps、最大单脉冲能量250µJ的抽运一对对称放置(其目的是补偿抽运光与参量光的空间走离)的AgGaS2晶体，经过振荡器输出的闲频光(中红外光)，再经过压缩最后得到2.5∼4.0 µm、∼500fs的飞秒中红外输出，结构如图1所示。
两块晶体都采用I类相位匹配方式，切割角为51.50、5mm×7mm×20mm(20mm为光束传播方向长度)，CMl为95％反射率铝镜、CM2为ZnSe片，PSMl和PSM2作用分别是导人和导出抽运光。
2.1.2 基于周期性极化晶体准相位匹配的超短中红外脉冲参量振荡
1962年，Akmstrong等首先提出准相位匹配的概念。与双折射相位匹配技术相比，准相位匹配没有双折射相位匹配中关于波矢方向和偏振方向的限制。准相位匹配通过周期性极化结构来获得有效的能量转换，与材料的内在特性无关，理论上能够利用晶体的整个透光范围；没有晶体双折射特性的限制，二波的偏振方向可以任意选择，不存在走离效应，可以使用较长的晶体，提高了转换效率；能够充分利用非线性介质的最大非线性系数，也有益于转换效率的提高；通过选择适当的极化周期能够在任何工作点实现非临界相位匹配，非临界相位匹配的优点是降低对基波光束发散角和晶体调整角的要求，也有利于转换效率的提高。因此，基于周期性极化晶体准相位匹配的中红外参量振荡有较高的非线性转换效率，并且可以使那些在通常条件下无法实现相位匹配的晶体和通光波段得以实现频率变换，拓宽了应用范围。目前，常见的用于准相位匹配的周期极化晶体有PPLN(周期极化LiNb03)和PPKTP(周期极化KTiOP04)。其中，PPKTP具有较高的损伤阈值和较低的矫顽电场(2kV／mm)，容易极化，但其非线性系数较低(5.3pm/V)，因此转化效率并不高；PPLN的有效非线性系数较大(16pm／V)，其转换效率比普通LiNb03提高近20倍，且极化技术成熟，是目前应用最为广泛的周期极化晶体。
2000年，Phillips等采用钛宝石激光器抽运PPLN―OPO，得到3.9∼5.98µm调谐范围、0.4ps的中红外输出，平均功率64mW，转换效率9％；2001年，M.Ebrahimzadeh等用同样的方法，获得了4～6µm的亚皮秒中红外输出；同年，Y．P．Chen等采用锁模Nd:YV04激光器抽运10mm长的PPKTP，获得了5.6W的输出，脉宽为20ps。基于周期性极化的准相位匹配参量振荡主要用于连续、准连续与长脉冲参量光的产生，并且主要用于小型化的频率变换。
