宽谱中红外激光在光谱测量、光学相干层析成像等诸多领域有广泛的应用前景。飞秒差频产生器(Difference Frequency Generator,DFG)是一种产生宽谱中红外激光的有力工具。本论文针对现有飞秒DFG系统输出带宽有限的问题,重点研究了如何拓展非线性晶体的参量增益带宽,从输入基频光的谱宽和非线性晶体参量增益带宽两个角度出发,力图利用飞秒DFG获得宽谱中红外激光。本论文主要内容如下:(1)提出并实验验证了基于晶体级联技术拓展飞秒DFG输出带宽的技术路线。数值计算表明,级联晶体的相位匹配带宽约等于各单块晶体相位匹配带宽之和。在实验中,使用两块长度为1 mm、极化周期分别为31μm和29μm的周期极化铌酸锂晶体作为飞秒DFG的非线性晶体,获得了覆盖2.70～4.05μm的宽带闲频光,其带宽大致等于单块晶体产生的闲频光带宽之和。这表明晶体级联技术是一种有效的拓展飞秒DFG输出带宽的技术手段。(2)研究了基于非均匀周期极化晶体拓展飞秒DFG输出带宽的技术方案。基于与级联晶体相似的理念,非均匀周期极化技术也可用于拓展非线性晶体的相位匹配带宽。本论文设计了一块2 mm长的非均匀周期极化铌酸锂晶体,其极化周期沿晶体线性变化。建立了基于非均匀周期极化铌酸锂晶体的飞秒DFG实验系统,获得了瞬时光谱覆盖范围为1.9～4.6μm的宽谱中红外激光。同时,通过数值仿真与实验,研究了晶体长度、泵浦强度、泵浦入射方向等系统参数对输出特性的影响。非均匀周期极化晶体既具有级联晶体的相位匹配特性,又可以避免普通级联晶体的多端面反射损耗问题。(3)研究了基于宽带泵浦光和大泵浦接受带宽晶体获得大输出带宽的技术方案。在基于飞秒光纤激光器的DFG中,对于某些特定波长,可以得到的信号光带宽有限,而泵浦光带宽可以获得较大的展宽。理论分析表明,宽带泵浦光与大泵浦接受带宽的晶体相结合可以产生宽谱闲频光。晶体的相位匹配带宽由晶体色散决定;研究发现,晶体在特定的泵浦与信号波长条件下,可以表现出大泵浦接受带宽。对于周期极化铌酸锂晶体,当泵浦光波长为1050 nm,信号光为1525 nm时,在较大的泵浦光带宽内可以实现相位匹配。实验中,利用长1 mm、极化周期29.5μm的周期极化铌酸锂晶体,基于飞秒DFG产生了光谱覆盖范围为2.72～4.15μm的中红外激光。这表明,特定条件下,基于宽带泵浦光,利用单块常规非线性晶体,飞秒DFG也可产生宽谱中红外激光。综上所述,本论文研究了利用飞秒DFG产生宽谱中红外激光的三种技术方案,三种方案的焦点都在于如何获得大相位匹配带宽:级联晶体是一种通用的拓展晶体参量增益带宽的技术方案;非均匀周期极化晶体可视为级联晶体的一种特殊情况,然而目前只有少数几种晶体可以实现非均匀周期极化,其优势在于避免了普通级联晶体的多端面反射损耗问题;而大泵浦接受带宽晶体的技术方案,则需要针对晶体的色散特性,对泵浦与信号光波长进行适当的选择与设计。