谐波转换系统是用于惯性约束聚变(ICF)的高能激光装置中的核心部件之一，为了提高激光辐照靶面的均匀性，抑制系统B积分的影响，必须发展高效宽带的谐波转换技术。本论文系统深入地研究了折返点匹配的宽带二次谐波转换技术，以实现大带宽(转换带宽＞15nm)，高效率(能量转换效率＞60％)的二次谐波转换为目标，以数值模拟为主要手段，并结合实验研究，细致深入地探讨转换效率与转换带宽的影响因素和影响机制，为解决高效宽带谐波转换技术中的两大核心问题：转换效率和转换带宽，而展开研究工作的。 论文的主要工作包括以下几个部分： 1、介绍了宽带谐波转换技术的需求背景和发展历程，阐述了宽带谐波转换存在的主要技术困难，详细地介绍和比较了目前常用的几种宽带谐波转换技术方案，如光谱角色散方案，啁啾匹配方案，晶体级联方案和折返点匹配方案，从多方面综合考虑，提出本论文采用折返点匹配方案作为ICF激光器宽带二次谐波转换的技术路线。 2、提出了基于“折返点匹配”原理实现大带宽二次谐波转换的技术方案，建立了相应的理论模型，并进行了细致的数学推导和理论分析，阐明了“折返点匹配”实现高效宽带倍频的物理图像和深层次本质，指出双折射补偿与反常色散补偿——“两个补偿”是折返点匹配技术的关键。通过对“两个补偿”的深入研究，初步探讨了通过晶体改性方法来扩大折返点匹配技术应用范围的可行性。 3、详细分析了低功率密度泵浦下的“折返点匹配”宽带倍频特性，研究了群速色散对倍频过程的影响，并创新地提出了以泵浦激光脉冲的“时间聚焦”方式来补偿群速色散的技术路线，即通过向入射基频光引入合适的初始啁啾，对晶体的色散进行预补偿，以实现对基频光脉冲宽度的主动控制，从而提高转换效率。研究表明，通过优化初始啁啾量、相位失配量和色散参数能取得最佳的补偿效果。“时间聚焦”的补偿方式同样适用于中、高功率下的宽带倍频，只是由于中、高功率密度下晶体的厚度薄，补偿效果不如低密度下显著。 4、具体分析了中等功率密度下的折返点匹配宽带二倍频过程，研究了相位失配引起的逆转换对倍频过程的影响，讨论了倍频系统优化设计的依据。在中等功率密度下，由于相位失配限制范围的缩小和逆转换过程的存在，倍频过程对基频光的入射带宽和非线性晶体的长度提出了新的要求，小信号近似下得出的相关参数不再适用。通过数值计算的方法，重新讨论了相关参数的准确表征，为倍频系统的优化设计奠定了基础。 5、细致分析了高功率密度下的折返点匹配宽带二倍频，研究了三阶非线性效应对转换效率，脉冲形状和光谱分布的影响作用和影响机制。在高功率密度的倍频中，三阶非线性效应引起的相位失配是导致能量逆转换、并最终限制入射功率密度和晶体长度的根本原因；自相位和交叉相位调制引起的非线性相移是导致光谱展宽和光谱调制的根