Based on the mass fraction of 65% deuterated DKDP crystals, the fourth harmonic conversion of 1053 nm laser is realized under the condition of noncritical phase matching (NCPM). The experimentally measured crystal temperature is 29.4 ℃ and the acceptance angle width of the crystals under the NCPM condition is around 55 mrad. Effects of the deuterated amount and the temperature of the DKDP crystals in the process of NCPM on the fourth harmonic conversion are theoretically analyzed. The relationship between the deuterated amount and temperature and the changing of the fourth harmonic conversion efficiency versus the double frequency light intensity are numerically simulated. These results provide a theoretical basis for the application of fourth harmonic laser in the high power laser system.

利用质量分数为65%的掺氘DKDP晶体实现了1053 nm激光在非临界相位匹配(NCPM)条件下的四次谐波转换，实验测得NCPM条件下晶体温度为29.4 ℃、晶体接收角宽约为55 mrad。理论分析了NCPM过程中DKDP晶体掺氘量和温度对四次谐波转换的影响，数值模拟了四次谐波转换过程中晶体掺氘量和温度的关系以及四倍频转换效率随倍频光强的变化，这些结果为四倍频光在高功率激光系统中的应用提供了理论依据。

设计了一种用于替代现有商业化1053 nm飞秒锁模激光振荡器的方案。该方案通过光参量啁啾脉冲放大技术(OPCPA)实现能量放大和波长变换，产生作为基频光的3160 nm中红外激光脉冲，然后利用三倍频(THG)方式，实现高信噪比1053 nm脉冲输出。该方案的应用有望提升拍瓦激光装置的前端信噪比，进而改善整个装置的输出信噪比。

基于非线性耦合波方程分析了神光II升级系统中束匀滑技术对三次谐波转换过程的影响。模拟结果显示：400 μm焦斑所采用的连续相位板将引起1.4%左右的效率下降，近场对比度增加量约为0.02，均在可接受范围内；但当焦斑达到800 μm时将会引起 6%左右的效率下降，并导致近场对比度增加近0.05，无法兼容目前系统设计，必须进一步优化连续相位板设计方案；而谱色散匀滑技术引入光谱展宽达到60 GHz时将引起5%左右的效率下降，且会引发明显的时间纹波扰动；但是谱色散匀滑引入的空间角谱扫描并不会明显影响谐波转换效率，因此在高通量运行时，需要适当减小调制带宽以提高谐波转换效率和系统的稳定性。

根据神光Ⅱ三次谐波转换中的各种现象，分析了晶体中高频周期相位调制的影响。目前国内大口径KDP晶体在中高频段存在强烈周期性相位调制，相位调制周期约20 mm，调制幅度约35 nm，导致三次谐波近、远场产生明显的强度调制，实验测得三倍频的近场周期条纹对比度在0.1~0.3之间，周期约12 mm，理论分析该周期相位调制导致光束下游元件产生自聚焦风险明显增大，并且会引起三倍频远场畸变分裂，可聚焦能力下降。中高频段的周期调制可能来自于晶体加工过程中真空吸附，需要进一步实验判断并在加工中消除周期性的相位扰动。

提出了一种新颖的宽频带钕玻璃激光三倍频技术——组合激光工作模式（宽带激光与窄带激光混频）方案。数值模拟研究表明: 利用窄线宽钕玻璃激光脉冲，可以缓解宽频带激光谐波转换过程中群速度失配对转换效率的影响，从而提高宽带钕玻璃激光的转换效率；并且该方案可以与目前使用成熟的双和频晶体方案结合，从而能支持目前钕玻璃激光装置能达到的最大带宽约5 nm的高效三倍频（理论上效率达约80%）。

在惯性约束聚变（ICF）实验研究中，三次谐波转换单元是ICF驱动器重要的组成部分，为了缩短晶体的在线调试发次与时间，需先对单元进行离线调试。其基本原理是，通过扫描、测量倍频和三倍频晶体在不同倾斜角度下的谐波转换效率，然后利用多项式函数拟合数据，绘制谐波转换效率随倾斜角度变化的调谐曲线，确定最佳匹配位。基于理论分析，设计了一套高精度、自动化的三倍频离线调试系统。通过对现有系统的改进实验，以及对结果的分析表明，系统自动工作性能良好，单点测试的重复精度为±30 μrad，能量测量精度达到4%。

Phase mismatching for third-harmonic generation (THG) in barium metaborate (BBO) crystal is investigated in detail. Upon using BBO crystal in the Type I (oo→e) scheme, in the two independent planes (principal section of the crystal and the plane normal to principal section), when the input second-harmonic beam deviates from the expected direction, phase mismatching occurs and the angle deviation produces different effects on the conversion efficiency. We numerically simulate these two cases of phase mismatching and identify the relation between the conversion efficiency and the deviation angle in the air. The computational results indicate that the phase matching tolerance in the principal section is 0.2° (in the air), while the phase matching tolerance in the plane normal to principal section is 4.5° (in the air). After conducting a lab experiment, the results agree perfectly with the computational results, indicating that the deviation angle in the principal section has a greater effect on the conversion efficiency.

利用分步快速傅里叶变换和四阶龙格-库塔法,对具有一定温升分布的倍频晶体的二次谐波转换过程进行了研究。综合考虑了谐波转换过程中的离散、衍射、二阶、三阶非线性等效应,着重讨论了倍频晶体吸收光能后,晶体内温升分布对晶体内o光和e光的折射率分布的影响,定量分析了温度分布引起的相位失配量、输出光场分布、二次谐波转换效率随倍频晶体温度分布变化的规律。结果表明:在高功率倍频系统中,倍频晶体温升分布引起基频光、倍频光的相位失配,相位失配导致输出光场光强分布的变化以及谐波转换效率的降低。