研究了小角度情况下基于光谱角色散(ASD)方式的非共线光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)实现啁啾激光脉冲频谱整形的方法。详细讨论了角色散率对信号光各频率成分相位失配量、转换效率及放大后频谱分布的影响。当信号光中心波长为800 nm,带宽为20 nm,在532 nm抽运作用下,对耦合波方程组进行了数值模拟。其结果显示:在最佳角色散率情况下,采用ASD方式的光参量放大后,得到了约28 nm带宽的双峰整形频谱。计算结果也表明:角色散率对整体的转换效率以及放大后整形的频谱分布有较大影响,适当调节抽运光与信号光之间的时延可调整放大后信号光频谱的频移。整形后的频谱分布可在一定程度上克服增益窄化、光谱红移等效应。

针对宽带超短脉冲的倍频,用光学设计软件设计了10 fs、0.8 μm 超短脉冲的倍频系统,该系统包括4个棱镜、2个聚焦透镜.宽带倍频系统要求脉冲中所有的波长成份在非线性晶体中均能实现相位匹配,据此选择操作数建立系统评价函数；以非线性光学倍频中的允许角度评价光学系统的质量；分别对基波和谐波的光路优化设计,获得的棱镜尺寸、棱镜间距和透镜焦距等参数能够使脉冲中的各频率成份以相位匹配方向入射到非线性晶体或无空间啁啾的合束.此外,编写宏对光学系统中群延色散进行控制,使基波在晶体中心无啁啾,以获得最佳倍频效果,谐波光路引入一定的群延色散补偿谐波中的啁啾,消除了谐波中的时间啁啾,获得高质量的谐波脉冲.

针对多色、多频光谱角色散束匀滑方案，数值模拟和分析了多色波长差、多频波长差、带宽和色循环数等主要参数对远场光场均匀性的影响，进而对相关参数进行了优化。结果表明，随着多色波长差的增加，远场焦斑均匀性呈先变好后降低的趋势，即存在最佳波长差；当多频波长差和带宽增加时，远场光场均匀性均得到改善，但考虑高效三倍频的影响，多频波长差和带宽均不宜取太大。当光栅色散系数不变时，远场光强对比度随色循环数的增大呈先减小后增大的趋势，即存在最佳色循环数的选择问题，但最佳色循环数并不为1，而是随着光源参数和光栅参数的变化而有所变化。

介绍了宽频带的高功率钕玻璃激光进行频率变换的意义、存在的困难和目前高效宽带谐波转换技术的一些进展。在详细分析已有的多种谐波转换技术（如光谱角色散技术、啁啾匹配技术、晶体级联、折返点匹配等）的特点和局限性的基础上, 提出一种新颖的宽频带钕玻璃激光三倍频转换方案——组合激光工作模式方案（宽频带激光与窄带激光进行混频）。对该方案的转换带宽进行了数值研究，讨论了其转换带宽提高的内在物理原因，并分析了该方案在高功率激光装置中的应用前景。