高功率、高效率一直是激光器的发展方向之一,而在利用非线性晶体进行激光谐波转化过程中,非线性晶体的温度梯度引起的相位失配是影响转化效率的关键因素。本文主要对多种激光束通过非线性晶体引起的温度场及其对谐波转化效率的影响开展模拟研究工作,在理论指导下进行了初步激光倍频实验。对高功率激光器的频率变换设计具有一定指导意义。本文从高斯型激光束特性和高功率激光器光束特性和频率变换原理和相关技术(倍频、和频、差频和光参量放大)出发,分析了激光频率变换过程中晶体温度梯度的相位匹配的影响。以多种激光束(圆形、椭圆高斯与超高斯,方形、长方形超高斯)模型,通过有限元分析法对比了不同半径下不同激光束通过LBO晶体变频时的温度场分布,计算了温度梯度引起的相位失配对谐波转化总效率的影响。结果显示,长方形超高斯光束通过晶体时,晶体温度分布较均匀,晶体温度梯度最小;长方形超高斯光束在进行非线性频率变换时温度影响最小,椭圆光束通过晶体时引起的晶体中心温升虽然较小,但光密度集中比圆形光束弱,与圆形光束相比变频效率低。当激光中心光强确定时,高功率激光(对应大直径光束)非线性频率变换时,因在晶体内产生大的温差和温度梯度,谐波转换效率明显降低,因此高功率激光进行频率变换时,要充分考虑温度的影响。在模拟分析的基础上,采用腔内倍频结构,LD双端泵抽运Nd:YVO4晶体设计激光器进行倍频激光实验。实验中基频光功率输出达到最高为27W,泵浦转换效率为46.5%。利用LBO晶体进行腔内倍频,使用1064nm激光20%透过率耦合耦合输出镜,当调Q重复频率为50kHz,最高得到了8W的532nm激光和8W的1064nm激光同时输出,可推算此时腔内激光单次通过LBO晶体谐波转化效率为10%。使用1064nm激光全反532nm增透的耦合输出镜时,得到最高输出为13W的532nm激光功率。