在非线性频率变换中, 常用级联晶体补偿走离角。然而在KTiOPO4晶体级联倍频实验中发现, 当其中一块晶体沿通光轴旋转180°时, 倍频转换效率急剧降低。理论分析表明, 当一块晶体旋转180°后, 其有效非线性系数正负号发生改变, 等效于在级联晶体之间产生了大小为π的相位失配量, 使倍频转换效率降低。提出了利用空气色散补偿该相位失配量的方法, 相较于使用波片的相位失配量补偿方法, 具有结构简单、温度稳定性好、无插入损耗和成本低等特点。实验结果表明, 利用空气色散可以补偿相位失配量, 消除单块晶体旋转对晶体级联倍频效率的影响, 验证了理论分析的正确性以及空气色散补偿方法的可行性。

级联晶体能有效扩展倍频器件的温度适用范围。在考虑空气色散的基础上推导出了级联晶体倍频过程中的能量转换效率公式。根据该公式, 通过仿真计算出了级联两KTiOPO4晶体倍频1064 nm激光时转换效率随温度变化的特性, 并进行了实验验证。实验结果表明：级联晶体中倍频光能量随晶体间距呈余弦分布, 空气色散引起的相位失配量为2π的整数倍时, 级联晶体的倍频温度特性最佳, 最大转换效率可达47.9%, 比单个KTP晶体倍频时的最高效率高12.9%, 温度半宽度可达78 ℃, 是单个KTP晶体倍频温度半宽度的两倍。提出的理论分析能合理解释级联晶体倍频过程中的实验现象, 有助于提高倍频激光的温度稳定性。

研究了飞秒激光测距中空气色散对其脉冲宽度的影响，探讨了飞秒激光脉冲宽度随入射初始飞秒脉冲宽度、中心波长和激光传输距离等参数的变化关系。为保证飞秒激光测距精度，提出采用高密度透射式光栅的飞秒激光测距空气色散补偿方法，并详细分析了光栅周期、光栅对间距对不同中心波长的飞秒激光脉冲宽度压缩的影响。该方法具有体积小和操作方便等优点，对采用飞秒脉冲激光进行长距离高精度测量实验研究具有一定的指导意义。