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基于差频技术的可调谐中红外激光光源具有窄线宽、宽调谐范围和室温运转的特点。这种光源在环境监测和吸收光谱等领域有广泛的应用。本文主要围绕设计和建立一套基于差频技术产生可调谐中红外激光光源的实验系统展开，并研究了光源的主要光谱学性能及其在痕量探测领域和高分辨率吸收光谱领域的应用能力。该系统采用可调谐钛宝石激光(776 nm-871 nm)和Nd∶YAG激光(1064nm)分别作为泵浦光源和信号光源，在周期性极化的铌酸锂晶体(PPLN)中产生了2.75μm到4.78μm的可调谐光源。基于实验，得到该系统在3.53μm处的功率转换效率为246μW/(W2·cm)；在4.3μm附近的波长连续调谐范围为128 cm-1。利用PPLN晶体的准相位匹配实验结果，修正了PPLN晶体的Sellmeier方程，使得修正之后的Sellmeier方程可以更准确地预计2.75μm到4.78μm范围内PPLN晶体的准相位匹配条件。基于对空闲光波长调谐特性的研究，提出并经实验证实了可以用dλp/dΛ的关系式来准确地预计不同条件下的空闲光波长接受带宽。采用直接吸收光谱技术，分别在4.3μm和2.77μm附近探测了实际大气中二氧化碳和水汽的浓度，证明了该系统产生的光源具有在痕量探测领域应用的能力；通过测量低压下的纯二氧化碳气体和纯甲烷气体的直接吸收光谱，证明了该系统产生的光源可以应用于高分辨率吸收光谱领域。