应用非线性频率变换技术的短波固体激光器在先进研究、生物医疗和工业生产等领域广泛应用，而走离效应是影响非线性变换效率的关键因素。为了实现更高效率的二倍频转换，各种减小走离效应的结构优化方案被提出，多种二倍频效率模型被建立，但是这些模型在普适性和影响因素全面性上还有所欠缺。文中在理想二倍频效率模型的基础上，提出一种非线性晶体走离效应下的二倍频效率模型，对于空间走离过程进行了更为充分的研究，将二倍频过程的多种因素都进行了细化分析。该模型有两个优势：一方面可以从多种参数的角度更精确地对平行传输光束与聚焦光束的二倍频效率分别进行预测；另一方面可以实现最佳二倍频晶体种类和最佳二倍频晶体长度的选择。

基于固体介质的拉曼频率变换是产生新波段激光的有效技术方案。利用1572 nm KTP光参量振荡器腔内泵浦KGW晶体，实现了1616 nm （2阶）、1638 nm （3阶）、1662 nm （4阶）、1686 nm （5阶）、1711 nm （6阶）拉曼激光输出，其中1711 nm占据主导地位。激光器最大总平均输出功率为1.13 W，最小脉冲宽度为20 ns。该多阶级联拉曼变频对应的单阶平均拉曼频移为86 cm⁻¹，与文献报道的KGW晶体低频拉曼模式相吻合。采用1572 nm KTP光参量振荡器作为拉曼激光器的腔内泵浦源有两个优势，一方面可以有效拓展拉曼变频的输出波长，另一方面可以基于光参量振荡器的脉冲窄化特性为后续多阶拉曼转换提供高强度的泵浦光。通过引入多阶级联拉曼变频的方案，为有效利用固体介质非常规低频移拉曼模式提供了新思路。

对全固态飞秒激光三倍频产生高光束质量343 nm飞秒激光进行了系统研究。基频光源为脉冲宽度为105 fs、重复频率为76 MHz、中心波长为1 030 nm的商用Yb：KGW锁模激光器，利用1.7 mm长LBO晶体获得60%的二倍频转换效率，然后分别研究了基于BBO晶体Ⅱ类相位匹配和Ⅰ类相位匹配的三倍频产生。在基频光功率为5 W的条件下，利用Ⅱ类相位匹配的BBO晶体，获得的最大平均功率为0.71 W，三倍频转换效率约为14%；利用Ⅰ类相位匹配的BBO晶体，获得平均功率为1.01 W的紫外激光输出，三倍频转换效率为20.2%。获得的343 nm紫外激光的光束质量优于1.3。