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该文着重于利用非线性光学晶体进行频率变换获得中红外激光的理论和技术.特别对于耦合波方程模拟,TEA CO<,2>激光二次谐波发生(SHG,或称倍频)和相关的几种红外非线性光学晶体特性进行了研究.在基础理论部分,推导了平面波三波耦合方程,给出了小信号和大信号解.而且以离散坐标为基础,简洁地推导出一般光束三波耦合方程.由此方程,通过卷积运算得到了I型相位匹配下,Gauss光束SHG的小信号解,同时给出了相应的分析.而对于大信号下的数值模拟,则介绍了通常的分步法(split-step method)和Fourier变换法.而后,该文对于共线相位匹配,阐述了单轴晶体、双轴晶体相位匹配以及准相位匹配的一般原理和计算方法.该文的理论研究主要是强聚焦下耦合方程的模拟,以及晶体相位匹配的分析计算.参考Gauss光束等相位面上振幅的最小波动性,该文通过引入一种新型曲线坐标,重新组建了三波耦合方程,并导出了该坐标下的Hermite-Gauss本征解.按此方程,最终得到了Fourier变换形式的强聚焦耦合方程的数值算法.随后对KDP晶体以及全同近似晶体在Nd:YAG激光泵浦下的SHG进行了模拟计算.在无离散情况下(全同近似),采用64×64大小的取样网格对不同聚焦参数进行了模拟运算.而在离散情况下(KDP),则采用了非对称的128×64大小的取样网格,并与128×128大小取样的传统方法进行了比较.结果显示出该算法具有其独特的优点.同时,在弱聚焦近似下,该文提出了准几何光学近似(QGOA),并同典型的准平面波近似(QPWA)做了对比.最后,研究了双轴晶体LiInS<,2>和AgGaGeS<,4>在稳态情况下的SHG、光学参量振荡(OPO)、和频发生(SFG)的相位匹配以及超短脉冲的群速匹配(GVM),并对两者进行了比较.结果表明,两晶体都能够被近红外激光泵浦,并显示出具有将近红外飞秒激光转换为可见光的能力.在实验上,详细研究了AgGaSe<,2>晶体(大小为7×8×11.7mm<3>)在自制的小型可调谐TEA CO<,2>激光泵浦下的SHG.其中,主要研究了脉冲能量、重复频率、和焦点位置等参数对二次谐波输出能量的影响;特别是使用了等离子体开关对脉冲进行整形,并在整形脉冲和未整形脉冲的泵浦下,研究了晶体的损伤情况.结果显示,高峰值功率脉冲能有效地提高转换效率,并由于注入能量的降低减少了对晶体的损伤.通过实验得到了TEA CO<,2>激光12条谱线的倍频光输出,谐波脉冲的最高能量为1.32mJ,主脉冲转换效率为4%.另外,作者还研究了HgGa<,2>S<,4>和掺杂的Cd<,0.35>Hg<,0.65>Ga<,2>S<,4>晶体的基本光学特性以及相位匹配特性.测定了这两种晶体的透过范围和损伤阈值,实现了晶体样品在TEA CO<,2>激光9μm波段处的二次谐波发生.讨论了两相(黄,桔黄)HgGa<,2>S<,4>晶体的形成原因,以及掺杂比对掺杂晶体相位匹配的影响.