激光器在工业、国防、科研、生物医疗等领域具有广泛的应用,而不同应用对激光波长有着不同的需求。非线性频率转换是拓展激光波长的重要技术手段,三次谐波转换是其中常用的一种方法。在现有的光学三次谐波转换中,基于晶体的方案已经较为成熟,但其需通过控制光的入射方向实现相位匹配,空间光路较复杂,集成难度高,难以将激光源便携化;光子晶体光纤可较灵活地进行色散调控以满足谐波转换过程的相位匹配条件,但其设计和制备难度大,也不易于与常规光纤器件连接;采用空气包层阶跃折射率微纳光纤也可实现三次谐波转换,但光纤的强度和稳定性有待改善,转换效率也需要进一步提高。固态包层阶跃型光纤机械强度好,结构简单,设计和制备难度小,不易受外界干扰,并可方便地与常规光纤器件连接,通过适当的设计,可望制成稳定高效的三次谐波转换器件,推动全光纤频率转换技术从实验室走向实际应用。本文详细研究了阶跃折射率光纤中三次谐波的产生规律,筛选具有高光学非线性的硫化物玻璃GGSS（15Ge-3Ga-12Sb-70S）作为纤芯材料,碲化物玻璃TZLB（78Te O2-5Zn O-12Li2O-5Bi2O3）作为包层材料,设计了一种专门用于三次谐波转换的特种固态包层阶跃型光纤,并采用光纤级联方案改善三次谐波的转换效率及输出特性。本文完成的主要工作如下:1、固态包层阶跃型光纤的设计及其中的三次谐波转换规律分析。筛选GGSS作为纤芯材料,TZLB作为包层材料,通过本征方程分析了光纤中三次谐波产生的相位匹配条件,初步确定了光纤纤芯的直径;通过耦合模式方程组研究了三次谐波转换的详细过程,对光纤纤芯直径进行了优化。结果表明,GGSS＆TZLB光纤的纤芯直径及其制造误差容忍度均较大,制备难度较低,而且采用单根较长的光纤即可通过优化入射泵浦光功率达到10%以上的转换效率,可用于制作稳定高效的全光纤三次谐波转换器件。2、固态包层阶跃型光纤级联系统构建及优化。构建GGSS＆TZLB光纤级联系统,根据其光场数学模型,采用解析和数值方法对三次谐波的转换特性进行了分析。结果表明,转换效率的提高主要取决于频率转换光纤的长度和级联单元数,传导光纤的直径和长度则会改变转换效率主极大对应的泵浦光功率间隔。GGSS＆TZLB光纤具有较高的光学非线性,其级联系统采用较低的泵浦功率和较短的光纤即可实现高效的三次谐波转换,同时,可降低光纤随机粗糙度的影响,抑制其他竞争性非线性效应,从而改善三次谐波输出的规律性和稳定性。