不同频率的光波之间进行能量变换，引起频率转换的各种混频现象叫做光学变频效应．光学变频效应包括由介质的二阶非线性电极化所引起的光学倍频、光学和频与差频效应、光学参量放大与振荡效应，还包括由介质的三阶非线性电极化

所引起的四波混频效应．

光学倍频现象的实质，是在非线性介质内两个基频入射光子的湮灭和一个倍频光子的产生．整个过程由两个阶段组成：第一阶段，两个基频入射光子湮灭，同时组成介质的一个分子(或原子)离开所处能级(通常为基态能级)而与光场共处于某种中间状态(用虚能级表示)；第二阶段，介质的分子重新跃迁回到其初始能级并同时发射出一个倍频光子．由于分子在中间状态停留的时间为无穷小，因此上述两个阶段实际上是几乎同时发生的，介质分子的状态并未发生变化，即分子的动量和能量守恒．

以上各种非线性光学变频效应是目前比较成熟的相干光变频手段．当入射激光满足相位匹配条件(即动量守恒条件)且其中一种为可调谐时，可通过这些效应获得高频率可调谐变频相干光输出．另一方面，相干光混频效应也为人们提供了一条研究物态结构、分子跃迁和凝聚态物理过程的新途径．当前，带有二倍频器、三倍频器和四倍频器的固体激光器和光参量振荡器作为独立元件已很容易获得，并在许多系统(如光刻照相和材料处理)中得到运用．