定义
输入激光束产生光频率为三倍的光束的现象。
频率三倍是非线性频率转换的过程，其中产生的光学频率是输入激光束的三倍。 原则上，这可以通过χ(3) 直接产生三次谐波的非线性[12–14]，但由于χ(3)光学介质的非线性以及由于相位匹配约束（气体增加三倍除外）。 因此，频率三倍通常实现为级联过程，从输入波束的倍频开始，随后产生两个波的总频率，这两个过程都基于非线性晶体材料，具有χ(2)非线性。
图1：频率三倍的典型配置：1064 nm 的红外输入光束产生绿色 532 nm 波，这两者混合在第二个晶体中以获得 355 nm 光。
应用
频率三倍的主要应用是产生紫外线。 最常见的是通过将激光束的频率与 1064 nm 的频率三倍产生 355 nm 光，如从Nd：YAG或Nd：YVO4激光. 一种常见的方法是使用两个LBO（三硼酸锂）晶体，或一个LBO和一个BBO晶体，第一个相位匹配用于二次谐波产生，第二个用于产生和频率。 当使用来自Q开关或锁模激光器的脉冲时，很容易使该过程高效，但在连续波操作中也可以，例如腔内倍频和谐振和频率生成。
也可以通过将 1.3 μm钕激光器输出的频率提高三倍来产生蓝光。
功率转换效率
从理论上讲，频率三倍过程的总功率转换效率在单次通过晶体时可能接近100%。 为此，倍频器的转换效率应为2/3，以便二次谐波的功率是剩余基波的两倍，并且两者具有相等的光子数。 实际上，倍频器的效率通常略低（通常在40%至50%左右），特别是总和混频器远非100%的效率。 后一个问题可能由许多效应引起，例如光学强度过低、光学损伤造成的设计限制、空间走开的影响、脉冲持续时间和/或时间走失等。 暂时，该转换最适合不太短（例如皮秒）脉冲中的高峰值功率，并且当光束质量高且光带宽不太高时。 从红外线到紫外线的整体转换效率可以在30%到40%之间。
通过数值建模，可以模拟整个频率三倍过程，结果具有相当高的精度和可靠性。
非线性晶体的降解
为了有效地产生单程三次谐波，非线性晶体需要在相当高的光学强度下工作。 对于和频混频器晶体来说，这通常是一个问题：强烈的紫外线会导致晶体材料逐渐降解，并在出射表面上形成抗反射涂层，即使操作时远低于即时激光引起的损伤阈值也是如此。 在这种情况下，非线性晶体可能成为消耗品，即寿命相当有限的系统部件，需要定期更换。 由于通常只有光束的体积受到影响，因此人们通常会稍微移动晶体，以便使用另一个尚未退化的区域。 这种运动也可以用一些自动晶体移位器来完成；这种方法有时称为晶体的索引。 在良好的条件下，一个人可以在LBO晶体的一个点上达到几百小时的运行时间，并使用几十个点来获得单个晶体数千小时的整体寿命。
实现的晶体寿命取决于各种因素，包括晶体材料类型、材料质量、峰值和平均强度水平、增透膜的细节、其他脉冲参数（如脉冲持续时间）以及环境空气中的污染物。 例如，来自机械部件某些油的碳氢化合物可能会被紫外线化学改变，并可能导致吸收材料沉积在晶体和其他光学器件上，例如准直透镜。
请注意，如果晶体中的模面积与功率水平成比例地增加，则较高的紫外输出功率不一定会缩短晶体寿命。 因此，工作强度不会高于低功耗设备。 然而，人们可能会试图使用更高的功率来施加更高的强度，以进一步提高功率转换效率。 这会缩短晶体寿命。
通过在三次谐波晶体周围使用增强腔，即通过进行谐振频率转换，可以显著改善给定输出功率电平的晶体寿命。 这是因为单程转换效率可能会降低，因为未转换的光被“回收”。 然后可以在没有自动晶体移位器的情况下工作。 然而，共振增强并不总是可能的（例如，对于相干特性不足的激光源），并引入了额外的并发症。
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