通过非线性倍频实现的绿光及紫外激光是现今全固态激光技术应用最为广泛的激光光源之一。本论文基于对谐振腔设计和激光倍频理论的深入分析，优化了激光器件设计环节，实现了高效的绿光、紫外及双波长激光输出。主要对泵浦耦合系统、谐振增强四倍频腔、准增强四倍频腔和Z型腔等作了理论分析和优化。这些设计标准能够广泛应用于商品化的激光器的研发和制造，以提高激光的转换效率和输出功率。本论文主要研究成果如下:　　1.通过LD端面泵浦YVO4/Nd∶YVO4复合晶体经腔内倍频实现了高效率连续绿光输出。考虑了泵浦光将引起激光晶体的热效应和腔内倍频晶体的损伤阈值，该实验采用低掺YVO4/Nd∶YVO4复合晶体作为激光晶体;高抗灰迹KTP作为倍频晶体。理论分析了不同的端面泵浦耦合系统下，泵浦光在激光晶体内的光强分布情况和相互作用长度，提出一个有效的泵浦耦合系统。基于优化的泵浦耦合系统，采用紧凑的平平腔结构，该激光器获得最高功率为7.2W的连续绿光输出，光光转化效率为26.2％。实验结果表明该泵浦耦合系统可以应用于设计高效的掺钕激光器。　　2.围绕掺钕激光晶体开展了三倍频和四倍频的紫外激光器设计工作。在激光四倍频的实验设计中，提出将绿光在腔内多次反射的准增强四倍频设计。在平面波近似下，研究了准增强四倍频设计可获得的光强增强倍数为21倍，解释了光束干涉对激光整体效率的影响。实验中采用声光调制，分别研究了端泵和侧泵情况下准增强紫外四倍频激光的输出特性。分别获得平均功率为388.5mW和1.08W的266nm紫外激光输出，绿光到紫外的光光转化率为11.9％和12.6％。此外，实验研究了三倍频紫外激光输出特性。　　3.基于Yb∶YAG晶体开展了连续红外及绿光双波长激光器的设计工作。本设计分析了以Yb∶YAG为工作物质的准三能级系统模型，计算了最佳耦合率、输出功率及腔内功率。基于高斯光束的谐波产生模型，分析倍频效率随束腰的变化，给出最佳倍频时的束腰尺寸。采用Z型谐振腔设计，实验研究了Yb∶YAG在不同输出耦合率下的激光输出特性，讨论了准三能级和四能级系统间的竞争机制。实验研究了腔内倍频激光的输出特性，同时获得8.9W1030nm和5.4W515nm激光输出。该光源可以应用于光热共路干涉仪，其优异的性能可以将测量精度提升至几个ppm。