和频作为一种二阶非线性过程,与倍频相比,增加了一个自由度,使得可输出激光的波长范围更宽,因此成为人们研究的一个热点。随着非线性材料和激光光源技术的发展,高效和频转换被越来越多的人研究。目前使用谐振腔增强基频光的功率实现高效和频转换已经成为一种成熟的技术。相比于内腔和频,外腔和频具有设计简便、可操控性高等优点并逐渐成为常用的高效和频方案。目前人们在理论上处理外腔和频时常采用小信号近似或泵浦不消耗近似,然而在基频光功率相近且转换效率较高时,这两种近似将对计算结果带来极大的误差。本文以准相位匹配和频作为研究对象,基于耦合波方程和龙格-库塔方法获得了基频光任意功率比时高效和频的精确数值解,并结合谐振腔的基本理论,建立了外腔高效和频过程的精确数值求解方法。本文主要内容如下:1、介绍了单次通过和频与腔内和频两种和频技术,并分析了其优缺点。回顾了和频技术的发展过程,以589nm激光为例介绍了可见光和频技术的研究成果,同时总结了和频在其他应用方面的研究进展。分析了当下和频理论研究的缺陷,提出了本文的研究背景和内容。2、详细介绍了和频的基本理论,从非线性极化和电磁波的波动方程出发,分析了和频过程的耦合波方程,并将其推广到了准相位匹配条件下;基于龙格-库塔方法对准相位匹配下的耦合波方程进行了数值求解,并在此基础上给出了小信号近似和泵浦不消耗近似的适用条件(文中以二者与数值解的相对偏差在5%以内作为可以接收的误差范围)。3、从多光束干涉理论出发,分析了外腔的基本特性。基于耦合波方程的数值求解和外腔的基本理论,通过两种方法,建立了一套外腔和频精确数值求解理论,并用该理论成功的模拟了入射基频光功率相近时的外腔高效和频过程中由于和频转换与阻抗失配共同造成的腔模凹陷。