大多数超短脉冲激光器输出波长范围均集中在近红外和中红外波段，而短波长宽频带超短脉冲激光具有更大的应用潜力。目前，获得短波长超短脉冲激光行之有效的方法是对输出超短脉冲激光进行频率转换，而超短脉冲倍频技术作为实现短波长超短脉冲激光的关键技术得到了人们广泛的关注。在超短脉冲激光倍频技术研究中，倍频转换效率和倍频光的光束质量这两个问题一直是研究的核心内容。为了改善倍频光光束质量和提高倍频转换效率，对影响倍频转换效率和光束质量的物理因素进行深入研究是十分必要的。本文围绕超短脉冲激光倍频技术的两个核心问题——转换效率和光束质量开展研究工作，主要内容包括以下几个方面： 1．建立了完整的超短脉冲激光二倍频和单块晶体三阶非线性效应产生三倍频的物理模型，主要考虑了群速度失配、群速度色散、自相位调制和交叉相位调制、晶体吸收等多种物理因素，编制了超短脉冲倍频数值模拟程序，并验证了所编制程序的正确性和可靠性。 2．研究了超短脉冲激光在KDP晶体中的二倍频过程，详细分析了入射基频光脉冲宽度、功率密度、倍频晶体厚度、三阶非线性效应等因素对二倍频过程中光脉冲波形、频谱分布以及倍频转换效率的影响。 3．研究了由单块BBO晶体三阶非线性效应产生三倍频的物理过程，分析了在超强超短脉冲激光输入条件下，群速度失配、群速度色散、三阶非线性效应等物理因素对三倍频转换效率和光束质量的影响。 4．提出了利用初始角度失谐和基频光频率啁啾的方法来补偿倍频过程中由三阶非线性效应引起的位相失配，改善输出光脉冲形状，提高倍频转换效率。