以掺Yb³⁺大模面积光子晶体光纤飞秒激光系统为基频光源,采用非线性光学频率变换技术,旨在突破增益介质发射谱线的限制,产生光子晶体光纤激光器所无法直接输出的相干辐射,将其输出波长向短波和长波两个方向扩展。在高重复频率下,采用频率上转换的方法,将近红外基频光转换为可见光和紫外波段的高功率多波长超短脉冲。而基于块状晶体二阶非线性或石英光纤三阶非线性的光参量放大、光参量振荡以及脉冲内拉曼散射效应可以获得从可见光到近红外波段的连续可调谐飞秒激光。具体研究内容包括:1.理论研究了飞秒激光倍频过程中限制晶体长度的因素以及群速失配对倍频效率和脉冲宽度的影响。分析并实验验证了BBO晶体Ⅰ类相位匹配条件下二次谐波椭圆形横向模场的成因及其受聚焦透镜焦距的影响。在50 MHz的重复频率下,利用级联倍频以及和频获得了平均功率达10.5 W的二次谐波（520 nm）、4.7 W的三次谐波（347 nm）以及2.14 W、在257 nm²63 nm波段可连续调谐的四次谐波飞秒激光脉冲。采用差频互相关法测量了四次谐波脉冲宽度,用长度为0.8 mm和0.18 mm的BBO晶体获得四次谐波飞秒激光的脉冲宽度分别为410 fs和120 fs。根据无截止单模特性,研究了光子晶体光纤在260 nm波段的单模传输特性。2.对光子晶体光纤激光脉冲的二次谐波（520 nm）泵浦下的BBO晶体Ⅰ类相位匹配非共线飞秒光参量放大器进行了系统的理论和实验研究。给出了宽带相位匹配条件及相应的最佳相位匹配角和非共线角,讨论了空间走离、群速失配的补偿技术和方法。研究了脉冲内拉曼散射效应在超连续谱产生中的作用,并在较低功率下观测到孤子自频移现象,获得了宽度为16 fs的孤子脉冲。以光纤展宽基频光谱作为种子光,搭建了高重复频率（1 MHz）非共线飞秒光参量放大系统,实验获得了调谐范围覆盖近红外波段830 nm至1430 nm的信号光及闲频光飞秒激光脉冲,其最短脉冲宽度为62 fs。3.理论研究了基于光子晶体光纤三阶非线性效应的四波混频原理及相位匹配方法。设计了零色散点在掺Yb³⁺光子晶体光纤飞秒激光器的输出波长附近、色散平坦的双包层光子晶体光纤。数值模拟了泵浦光波长在光纤负色散区或正色散区时的相位匹配及增益,结果表明这种光纤支持调谐范围宽、增益带宽大的简并四波混频,为基于光子晶体光纤的光参量振荡器和光参量放大器提供了理论指导。