对大功率高重频的皮秒光纤激光器的倍频及三倍频进行了研究,选用功率为50 W、重复频率为50 MHz、脉冲宽度为10 ps的1 030 nm的掺镱（Yb）光纤激光器作为泵浦源,选取三硼酸钡晶体（LBO）作为倍频晶体,通过仿真得到Ⅰ类角度相位匹配时晶体长度为20 mm,光斑半径为0.03 mm,倍频转换效率为28.08%；Ⅰ类温度相位匹配时,晶体长度为20 mm,光斑半径为0.039 mm,倍频转换效率为76.4%。比较认为,由于温度相位匹配离散角为0°,且非线性系数较高,对于大功率高重频的激光器,更适合使用LBO晶体的Ⅰ类温度相位匹配进行倍频,在最佳光斑处,转换效率可达76.4%。选取LBO晶体作为三倍频晶体,通过Ⅱ类角度相位匹配方式,探究三倍频效率与晶体长度及光斑半径等的关系。最终,在基频光与倍频光能量比为2∶3、晶体长度20 mm、光斑半径0.05 mm等条件下,得到理论转换效率为18.67%。

利用皮秒激光在304不锈钢上进行表面着色试验研究。分析了皮秒激光对不锈钢表面着色的机理，建立了表面色彩的模型。分别试验研究了扫描线间距、扫描速度和脉冲能量等激光工艺参数对着色效果的影响。研究结果表明，改变线间距、扫描速度和功率均能对着色效果产生显著影响，在扫描速度90～300 μm/s，扫描线间距0.001～0.01 mm，单脉冲能量60～140 mJ/cm2的参数范围内能得到较好的色彩，而且三者对着色有近似的影响效果。在试验基础上，获得了皮秒激光参数与CIE L*a*b*色彩模型之间的关系。最后对着色后的试样进行了颜色老化对比试验。老化对比试验表明，不同老化时间下的激光着色试样的色差值ΔE均很小，说明各试样颜色接近，耐老化效果较好。

采用四级主振荡功率放大（MOPA）结构，研制了高功率全光纤掺镱皮秒光纤激光器。种子源采用基于非线性偏振旋转（NPR）效应的被动锁模光纤激光器，中心波长为1062.8 nm，重复频率为17.51 MHz，谱线宽度为5 nm，平均功率为7.14 mW。为了抑制功率放大过程中的非线性效应，通过全光纤重复频率扩展器将种子脉冲激光的重复频率提高到281.7 MHz。主功率放大级以长度为4.8 m的大模场面积掺镱双包层光纤作为增益介质。在抽运功率为60 W时，获得的最大平均输出功率为31.2 W，光光转换效率为52%。输出激光脉冲的中心波长为1063.7 nm，脉冲宽度为10.2 ps，重复频率为281.7 MHz，谱线宽度为7 nm，并对激光脉冲的时域和频域特性进行了分析。