相对于传统固体激光器,光纤激光器有高光束质量、高可靠性、效率高、体积小、高功率下风冷等特性。将高转换效率的倍频晶体和掺镱光纤激光器相结合产生高质量绿光,近年来正逐渐引起人们的广泛兴趣。由于为了限制光纤中的非线性效应,有时光纤激光器(尤其单模光纤激光器)会工作在较低的峰值功率,此时倍频需要利用较长的倍频晶体,有可能大于光束的共焦参数。当晶体长度大于共焦参数时,晶体内的光束不再满足平面波近似条件,平面波近似的倍频效率公式对此类情况不是十分适用。为了分析倍频晶体较长情况下,大信号聚焦高斯光束的倍频效率,论文首先改进了平面波耦合波方程组,新方程组引入了描述聚焦发散引起的功率密度下降及相位失配的因子,更适用于聚焦高斯光束的倍频情况。分析指出,对于种子震荡掺镱光纤放大器结构形式的倍频方案,波长的偏移、偏振的恶化、及自发辐射放大(ASE)对倍频效率有严重的恶化作用,只有有效抑止上述现象才能得到较高的倍频效率。可以选用温度调谐倍频晶体(如LBO)、选用偏振保持光纤、精确匹配种子功率和泵浦功率等方式限制上述现象的产生。论文的另一部分工作是,针对掺镱光纤激光器发射谱较宽的特点,利用改进后的耦合波方程对于LBO及KTP晶体对掺镱光纤激光器的倍频特性进行了深入的分析。指出了:1)在利用LBO对掺Yb光纤激光倍频时,采取非临界相位匹配,选用较长的基频光波,易于得到理想的倍频效果。2)KTP晶体可以在掺镱光纤的1079nm-1085nm发射谱范围内达到非临界相位匹配(NCPM)条件;在NCPM条件下KTP晶体有较宽的可接受角和极宽的可接受温度宽度,但可接受线宽较窄,如利用KTP倍频,应选用线宽较窄的光源。