本文对新型非线性光学晶体Na3La9O3(BO3)8(NLBO)三倍频产生355 nm紫外纳秒激光的特性进行了研究。以重复频率10 kHz、脉冲宽度10 ns的高功率1 064 nm调Q激光器作为基频光源，采用I类相位匹配的LBO和NLBO晶体分别作为倍频晶体和三倍频晶体，获得平均输出功率152.5 mW的355 nm紫外纳秒激光输出，为目前采用NLBO晶体获得355 nm紫外激光的最高输出功率。本文还研究了NLBO晶体在实现三倍频最佳输出时晶体偏转角度随温度的变化规律，从实验角度对NLBO晶体在不同温度下的三倍频最佳相位匹配角度进行了修正。

为满足惯性约束聚变(ICF)实验对激光驱动器高效三倍频能力的要求,对离线测量晶体角度相位匹配方案进行了优化。采取的主要优化措施是: 提高晶体准直技术能力; 降低模拟小口径激光输出变化对测量不稳定性的影响。通过理论分析和对实际测量结果的系统分析，得到了晶体离线测量的不确定度: 其中二倍频相位匹配角测量扩展不确定度为15.94 μrad，三倍频相位匹配角测量扩展不确定度为27.8 μrad，达到了较高的晶体离线测量精度要求。

针对常温工作条件下利用磷酸氧钛钾（KTP）晶体对钇铝石榴石（NdYAG）晶体1319 nm激光三倍频产生440 nm蓝色激光的实验，对三倍频KTP晶体的相位匹配角进行了理论计算和实验研究。通过多组色散方程得到KTP晶体的相位匹配角，并计算出相应的有效非线性系数。选取一组结果（θ=84.6°，φ=0°）对KTP晶体切割，利用一台1319 nm激光器，将晶体放入腔中，采用旋转晶体偏角和调节温度的方法寻找出三倍频KTP晶体最佳匹配角度（θ=85.04°，φ=0°）。该晶体经过重新切割，440 nm蓝色激光输出的光束强度有了明显的提高，最佳工作温度为18 ℃。

根据KBBF(KBe2BO3F2)晶体的色散方程、非共线相位匹配时各个光束应该满足的能量和动量守恒条件,用牛顿拉夫逊迭代法求解非线性方程组,以YAG激光器1064 nm波长入射为例,数值计算了KBBF晶体的Ⅰ类非共线倍频相位匹配角、有效非线性系数和允许角。结果以关系曲线形式给出。第一束基频波角度在20°-85°的范围内,都可以实现非共线相位匹配,相应的第二基频波和倍频波的匹配角度在29.1°-52.7°,24.6°-68.8°范围内;随着第一束基频波角度的增大,第二基频波和倍频波的相位匹配角以及倍频光相位匹配允许角也相应增大,而有效非线性系数随之减小;当第一束基频波的角度在26.1°-26.8°的范围内时它们的取值都出现了振荡现象。

基于正交偏振干涉法,建立了KDP晶体折射率非均匀性的检测系统,并可实现晶体相位失谐角的间接检测.波前检测系统实现了测试光偏振态的精密控制与切换，采用波长调谐相移的方法去除了测试过程中参考面倾斜引入的误差，优化了抗振动相移算法，提高了波前测试的测量准确度及重复性.通过折射率非均匀性分析算法的设计，解决了晶体厚度变化引入的误差等.小口径晶体元件的测试结果表明系统的折射率非均匀性检测准确度(均方根值)优于10－6.

报道了新型高效BiB3O6晶体优良的非线性光学性能,给出了蓝紫外波段的相位匹配曲线。将该晶体用于纳秒电光调Q-Nd:YAG激光器中,对基波(1064 nm)及其倍频光(532 nm)进行和频得到了转换效率为192%的355 nm紫外激光输出,高于相同条件下用BBO晶体作为三倍频晶体的结果。

对各向异性单轴和双轴非线性晶体中三波非共线作用参变过程的相位匹配进行了详细的研究,给出了参变光在非线性晶体主平面内传播的所有非共线参变过程可能的相位匹配类型和相位匹配条件,并推出了所有可能的非共线参变过程的临界相位匹配角的解析表达式.

计算和测量了GCOB晶体的相位匹配曲线, 理论计算与实验测量结果符合的很好。 用电光调Q的Nd:YAG激光器对5 mm长的GCOB晶体进行了倍频研究, 得到了26.7%的倍频转换效率。 并与同样长度的BBO晶体进行比较, 得出了GCOB晶体的有效非线性光学系数接近BBO晶体的有效非线性光学系数的结论。

采用自准直法测得掺MgO 0.05 mol的LiNbO3(LN)晶体在室温下的主折射率,拟合出LN晶体在室温下的1类相位匹配公式,计算得到1079.5 nm和1341.4 nm等波长的临界相位匹配条件。计算结果与实验结果相差小于1°。