研究周期极化磷化镓晶体(GaP)、砷化镓晶体(GaAs)和周期极化铌酸锂晶体(PPLN)准相位匹配级联差频产生太赫兹辐射, 相较于差频过程, 级联过程太赫兹辐射输出功率增大9.5倍。通过分析三波耦合方程, 计算并比较晶体的波矢失配量、极化周期和太赫兹功率, 结果显示, 基于GaP晶体产生的太赫兹功率略大于GaAs晶体输出的功率；GaAs晶体的极化周期最小；PPLN晶体的波矢失配量和极化周期取值范围最小, 而输出的太赫兹功率和转换效率最高。建立基于周期极化掺氧化镁铌酸锂晶体(MgO:PPLN)准相位匹配原理的宽调谐激光系统, 分析吸收因子对输出太赫兹功率的影响, 计算级联差频峰值功率和转换效率。十五阶峰值功率3.72 MW, 泵浦光总能量到太赫兹辐射能量的转换效率是3.72%。

对准位相匹配砷化镓（GaAs）晶体扩散键合制备方法进行了研究。采用超高真空预键合-高温退火方法，在不同载荷压力条件下，完成了三组准位相匹配GaAs倍频晶体的制备。准位相匹配结构的极化周期长度为219 μm，堆叠层数44层，直径18 mm，有效通光孔径达到15 mm，在通光面未镀膜条件下，最高的基频光与倍频光透射率在30%以上。以主脉冲宽度90 ns，拖尾宽度2~6 μs的横向激励大气压(TEA)-CO2激光器作为基频光光源，通过调谐基频光波长，在4.63~5.37 μm波段内得到了效率大于4%的倍频输出。当基频光波长为10.68 μm，主脉冲能量为409 mJ，晶体接收基频光功率密度达到3.65 MW/cm2时，得到了单脉冲能量26.9 mJ，峰值功率298 kW，倍频效率达到6.58%的倍频输出。

对影响CO2激光准相位匹配倍频效率的因素进行了研究, 利用非线性耦合波动方程, 分析了在不同基频光功率密度条件下, 倍频过程中晶体吸收、界面损耗、周期长度误差和温度变化对倍频效率的影响; 对制备高效率CO2激光倍频晶体的误差容限参数进行了计算。当基频光强度为25 MW/cm2, 晶体键合层数为60层时, 必须将每层界面损耗控制在0.5%以下, 周期长度误差控制在1 μm以内, 能保证理论倍频效率40%, 为准相位匹配晶体的制备参数的确定提供理论依据。

系统研究入射光为不同偏振态时的准相位匹配线性电光效应。在准相位匹配条件满足时, 若入射光为线偏振光, 则o光与e光能够彻底耦合, 出射光仍为线偏振光, 且其偏振方向可以通过外加电场调节到任意角度; 若入射光为椭圆偏振光, 则o光与e光不能彻底耦合, 输出光为与输入光同椭圆率的椭圆偏振光, 其椭圆方位角可以通过调节外加电场旋转到任意角度; 若入射光为圆偏振光, 则o光与e光之间没有能量耦合, 输出光仍为圆偏振光。准相位匹配条件满足的线性电光效应在保偏的偏振旋转器中有重要应用。在准相位匹配条件不满足时, o光与e光由于相位失配而没有能量耦合, 输出光的偏振态取决于o光与e光的初始相位差和双折射(自然双折射和电光双折射)引起的附加相位差, 特别是极化占空比为0.5时, 电光效应引起的双折射总效果为零。

建立了超短激光脉冲在准相位匹配晶体中传输的物理模型，并对修正后的非线性薛定谔方程进行了数值求解，获得了飞秒激光脉冲在周期极化铌酸锂晶体中传输的时空演化过程。模拟结果发现当入射基频光功率超过晶体自聚焦的临界功率时，发生自聚焦过程。自聚焦效应使激光脉冲在时域上产生分裂和在空间上发生聚焦。脉冲宽度随着传输距离的增加而逐渐减小，焦点处脉冲宽度最小；脉冲在空间上被聚焦，聚焦半径随着传输距离的增加而逐渐减小，焦点处半径最小，经过焦点后发散；脉冲峰值强度在焦点处最强，经过焦点后峰值强度逐渐降低。超短脉冲倍频过程中，自聚焦效应限制了准相位匹配晶体的长度。

采用分步积分法，研究了形状为双曲正割平方的光束在线性和非线性极化率均被调制的一维准相位匹配(QPM)二次晶体中的传输特性。数值计算表明，在仅有基波(FW)注入的情况下，基波迅速激发出基态孤子，并呈现出固有的振荡态，二次谐波(SHW)虽然激发出谐波孤子，但相应的色散波现象比较明显; 在同时注入基波与二次谐波的情况下，当它们的振幅和光束宽度满足一定条件时，两者均能够激发出稳定的孤子态，并且基态孤子的振荡更具周期性，二次谐波的色散波现象显著减弱。同时，注入的二次谐波的振幅存在一个临界值,可使激发的二次谐波孤子达到最佳孤子态。

研究了镁掺杂周期极化铌酸锂晶体光学参量振荡(PPMgLN-OPO)产生高功率、高重复频率中红外激光的特性。采用半导体激光器(LD)抽运的声光调Q Nd:YAG激光器,1064 nm准连续激光功率最大输出为7.8 W,重复频率5～50 kHz。产生1064 nm调Q光,抽运周期为30.7 μm的掺氧化镁(摩尔分数为5%)周期性极化铌酸锂晶体,温度变化范围为40～200 ℃,实现了短腔双谐振红外高功率激光输出。实验中近红外激光波长调谐范围为1570～1676 nm,最高输出功率613 mW; 中红外输出波长范围为2942～3300 nm,中红外光平均功率也达到了百毫瓦级,信号光单脉冲能量达40 μJ;光-光(LD-信号光)转换效率为3.4%。

报道一种新型光纤化宽带可调连续波中红外激光器系统,该激光系统采用准相位匹配(QPM)的差频产生(DFG)技术,非线性晶体为多周期的周期性极化掺镁铌酸锂晶体(PPMgLN),掺镱光纤激光器(YDFL)用作抽运光源,可调激光器经掺铒光纤放大器(EDFA)功率提升后作为信号光源。利用建立的准相位匹配差频产生系统,获得了连续波中红外差频光输出;实验发现,温度导致相位失谐的半峰全宽(FWHM)为4.5 ℃;通过优化选择晶体周期,并结合调节信号光波长和控制温度,该准相位匹配差频产生系统可在3.1～3.6 μm内连续调谐。

采用短脉冲极化电场法, 在1 mm厚的掺摩尔分数0.05镁的铌酸锂晶体上成功制备了周期为30 μm的极化光栅。以输出波长为1.064 μm的声光调Q Nd:YAG固体激光器作为基频抽运源对其进行了光学参量振荡实验, 光参量振荡阈值功率为45 mW(重复频率为1 kHz), 在输入功率为490 mW, 控温炉温度为160 ℃时, 获得了94 mW的波长为1544 nm的信号光输出, 转换效率达到19.2%。并且通过调谐晶体温度(20～180 ℃), 获得了调谐范围为1503～1550 nm的信号光稳定输出。实现了可调谐红外光的稳定输出, 验证了晶体周期结构的均匀性。