在激光器中利用非線性晶體，就可以產生SHG/THG/FHG倍頻、OPO光學參量振蕩、OPA光學參量放大、THz太赫茲等激光，它們的產生原理如上兩圖所示，就是滿足能量守恒原理，其中SHG二倍頻產生是SFG和頻產生的一個特例，DFG為差頻產生，OPA光學參量放大與OPO光學參量振蕩是OPG光學參量產生的兩個具體例子。
左圖的光子角頻率ω 以及右圖的光子頻率f都與光子的能量成正比，都代表光子的能量，光子的能量公式為E= ?ω=hf=hc/λ，波長越短，光子能量越高，其中約化普朗克常數?、普朗克常數h、光速c都是常數，角頻率ω=2πf，光子的波長λ=c/f。
一、激光器的SHG/THG/FHG倍頻、SFG和頻、DFG差頻產生
SFG和頻產生原理：激光倍頻屬于SFG和頻產生的一種，SFG和頻產生原理為兩個低能量光子合成一個高能量光子，總能量守恒以及動量守恒，
ω1 + ω2 =ω3，1/λ1 + 1/λ2=1/λ3
比如SHG二倍頻產生1 / 1064nm+1 / 1064nm=2 / 1064nm→1 / 532nm，
THG三倍頻產生 1 / 1064nm+1 / 532nm=3 / 1064nm→1 / 355nm，
FHG四倍頻產生 1 / 532nm+1 / 532nm=4 / 1064nm→1 / 266nm
DFG差頻產生原理： 一個高能量光子和一個低能量光子相互作用后產生另一個低能量光子 ，
ω1 - ω2 =ω3，1/λ1 - 1/λ2=1/λ3
比如：1 / 532nm - 1 / 810nm = 1 / 1550nm
倍頻原理：二倍頻產生 (SHG) 是和頻中一個特別例子，如當兩束入射光波長相同時 2 ω1 = ω3 ( 波長 λ 1 = 2 λ 3 )。
倍頻晶體：目前常用的倍頻非線性晶體有KTP晶體、KDP晶體、KD*P晶體、LiNbO3晶體、BBO晶體、LBO晶體、PPLN晶體等。
倍頻方式：首先可根據倍頻晶體放置的位置――激光諧振腔內或腔外，分為腔內倍頻和腔外倍頻兩種。
由于倍頻晶體的閾值很高，因此要獲得高的倍頻效率，基頻波的功率密度要足夠高。這樣對連續或者高重復頻率的激光器，一般均采用腔內倍頻方式。如Photonics Industries采用LD泵浦的DS型Nd:YVO4綠光激光器，兩個諧振腔鏡對基頻波（波長為1064nm）都鍍高反膜，而對二次諧波（波長為532nm）有一定的耦合輸出，這樣腔內的基頻波功率密度就非常高，就能獲得極高的二次諧波轉換效率。當LD泵浦功率為80W時，可獲得16W的100kHz 532nm綠光輸出。
當基頻波為調Q激光脈沖或鎖模激光脈沖時，由于其峰值功率很高，比如幾十兆瓦，此時采用腔外倍頻，腔外倍頻時激光只通過晶體一次，既可獲得很高的二次諧波轉換效率，且裝置十分簡單。如Thales Optronique的SAGA激光器采用KTP或BBO倍頻晶體，對波長為1064nm，脈寬為10ns，脈沖能量為2.3J的基頻波進行倍頻，即可獲得1.5J的532nm綠光輸出，倍頻效率可達到65%以上。
相位匹配方式：根據光的偏振態相位匹配可以分為兩種類型，如在和頻時，兩束入射光的偏振方向是平衡時， 我們稱之為第一類相位匹配，如是互相垂直則為第二類相位匹配。相位匹配在非線性效應的應用中起著十分重要的作用，實現相位匹配的方法有角度匹配、溫度匹配及準相位匹配三種。
角度匹配與溫度匹配指在特定的角度和溫度時非線性效率最高，四倍頻晶體對溫度要求非常高，比如JPSA的IX-210 LED激光劃片系統采用的266nm DPSS激光器，其中532nm SHG晶體溫度為64?C，266nm FHG晶體溫度為170?C，并且將FHG晶體分為25個工作點，通過定期換點能夠延長使用壽命。
準相位匹配（Quasi-phase-matching）相比通常的完美相位匹配（溫度匹配，角度匹配），能更容易利用較大的非線性系數，比如周期性極化鈮酸鋰（Periodically Poled Lithium Niobate）PPLN晶體可用于倍頻、差頻、和頻及光學參量振蕩和光學參量放大等。
二、激光器的OPA光學參量放大、OPO光學參量振蕩及THz太赫茲產生
OPG光學參量產生原理：OPA光學參量放大、OPO光學參量振蕩屬于OPG光學參量產生的一種，OPG光學參量產生是和頻的反過程，例如 355 nm → 532 nm + 1064 nm，它是將一個高能量光子 ( 泵浦光 λp ) 分裂為兩個低能量光子 ( 信號光 λs 和閑頻光 λi )，滿足能量守恒
ωp = ωs + ωi ，1/λp=1/λs+1/λi （λp < λs < λi）
OPA光學參量放大：只對信號光放大，沒有諧振腔，泵浦光源峰值功率高，多為皮秒、飛秒激光。具體還有NOPA非共線光學參量放大、OPCPA光學啁啾脈沖參量放大。
OPO光學參量振蕩：既對信號光放大，又有諧振腔，泵浦光源峰值功率較低，多為CW、納秒、皮秒、飛秒激光。光學參量振蕩器（OPO）被認為是獲得傳統激光器所達不到的光譜范圍內的相干光的理想光源。一臺OPO就可以在近紫外（near-UV）到中紅外（mid-IR）的寬光譜范圍中獲得連續可調諧的輸出，同時OPO還具有全固態設計、高效率和具有可觀的輸出功率等優點，而且從時間域上OPO可以連續（CW）輸出或者輸出皮秒、飛秒等超短脈沖。
THz太赫茲產生：THz光源為輻射波長在30μm~1mm之間的光源，即頻率在0.1THz~10THz范圍的電磁波，介于微波與紅外之間，它可以穿透到器官組織的內部而不會像X射線那樣造成損傷，也能夠將有機組織與不斷變化的水成份區分開來，能夠穿透非金屬材料，從而為安檢、醫學成像提供新的手段，在物體成像、醫療診斷、環境檢測、通訊等方面具有廣闊的應用前景。太赫茲產生有幾種方法：固體激光器+OPO光學參量振蕩、半導體激光器+DFG差頻、CO2泵浦的FIR遠紅外氣體激光器、飛秒激光器+光電導開關、飛秒激光器+光整流、半導體量子級聯激光器等。
上面是英國M Squared公司的Firefly-THz的太赫茲產生原理圖，這一THz光源采用非共線相位匹配的OPO光參量產生技術研制而成，能夠產生1W的峰值功率和10μW的平均功率。
1 / 1.064μm=1 / λs+1 / λi
當λs=1.075μm時，λi=100μm即3THz；當調節λs=1.069μm時，λi=250μm即1.2THz；最后可得到1.2THz~3THz范圍內可調諧的納秒脈沖的太赫茲激光。
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