在激光惯性约束聚变(ICF-Inertial Confinement Fusion)物理实验中，短波长激光可作为探针光束对等离子体的状态进行精密测量，利用Thomson散射原理对等离子体的时间和空间状态参数进行测量，由于Thomson散射的截面非常小(σth=0.665×10-24cm2)为了避免探针光的吸收和光波色散的影响，探针光束波长必须足够小（以有效增加散射探测灵敏度），短波长激光能够更加精密的测量到等离子状态，记录的图像更为清晰。在ICF实验研究中，利用短波长激光直接驱动或者间接驱动，均可提高激光的吸收效率。　　高功率激光系统中利用非线性光学中谐波转换过程可实现不同波长的输出，四次谐波的波长为263nm，相对于目前广泛使用的三次谐波(351nm)和二次谐波(527nm)具有更短的波长，由于临界相位匹配四次谐波转换对角度和环境要求较高，以及光学元件损伤问题突出，四次谐波在激光惯性约束聚变研究中作为驱动激光的应用发展受到限制，近几年晶体材料生长和非临界相位匹配技术的发展，再次引起人们对四倍频光的重视，使四倍频激光在未来ICF系统中作为打靶激光成为可能。深入研究四次谐波的高效输出方法和应用对四倍频激光作为激光惯性约束聚变研究中驱动激光具有重要意义。　　本论文分析了高功率激光的谐波转换特点，数值模拟了谐波转换过程，利用非临界相位匹配技术实现了四次谐波的输出;针对短波长激光传输中问题进行了初步研究，包括材料的双光子吸收，损伤和晶体的横向受激拉曼散射等，主要包括以下几方面工作:　　1.模拟了高功率激光驱动器中谐波转换过程，着重分析了高功率激光驱动器中KDP晶体倍频混频过程、相关特点及应用。针对利用部分掺氘DKDP晶体实现非临界相位匹配四次谐波转换，首次建立了非临界相位匹配条件下四次谐波转换DKDP晶体掺氘量与温度的关系模型，并经过实验验证。根据关系模型可以推出一定掺氘浓度下晶体的非临界匹配温度，亦可根据晶体的非临界匹配温度反推出晶体的掺氘浓度。　　2.实验研究了掺氘浓度为70％和65％的DKDP晶体非临界相位匹配四次谐波转换。晶体分别在温度为17.7℃和29.4℃下实现了非临界相位匹配，与掺氘量和温度的关系模型吻合良好;实验测得这两种浓度四倍频晶体的接收角宽分别为53mrad和55mrad，远大于KDP晶体临界相位匹配的接收角宽(3mrad);实验中倍频激光为光强0.05GW/cm2的高斯脉冲，对于65％的掺氘DKDP晶体，得到25％的倍频到四倍频转换效率。　　3.独立设计了一套口径为50mm×50mm晶体夹持精密温控装置。利用水循环系统均匀改变晶体的温度，温度控制在±0.1℃以内，晶体温度分布均匀面积可达40mm×40mm。利用该温控装置夹持厚度10mm的65％掺氘DKDP晶体，实现了神光Ⅱ高功率激光装置非临界相位匹配下四倍频光的输出。基频光为光强为0.94GW/cm2的梯形脉冲，基频光到四倍频光的转换效率为43％，倍频到四倍频转换效率达70％，可实现高效四倍频转换。四倍频激光应用在Thomson散射诊断实验，用于诊断nc/4处等离子体温度。　　4.模拟分析了晶体的厚度，温度，泵浦光的带宽和汇聚光路对非临界相位匹配下四倍频转换效率的影响，提出了非临界相位匹配下四倍频激光靶场终端概念设计。针对光强为2～2.5GW/cm2的倍频泵浦光，采用厚度为5mm的70％掺氘DKDP晶体，放置在F数大于30的汇聚光路中，晶体温度应控制在非临界相位匹配温度(17.7℃)±0.2℃以内，基频泵浦光带宽控制在0.01nm内，可实现转换效率达80％的四倍频激光输出。　　5.针对四倍频激光传输问题，搭建了一套稳定的四倍频激光输出平台，利用该平台进行了263nm激光诱导损伤测试实验，研究不同紫外光学材料对四倍频激光传输的影响。通过测量材料透过率获得Heraeus-suprasil312熔石英样品和CaF2样品的双光子吸收系数;利用损伤测试平台，实验测得Corning-7980熔石英样品、Heraeus-suprasil312熔石英样品和CaF2样品在脉宽为5ns、波长为263nm的高斯脉冲激光辐照下的损伤阈值和损伤增长阈值;针对不同材料的激光损伤特性，研究了熔石英和CaF2材料的损伤形貌特征。