近年来,准相位匹配光学频率转换引起了人们越来越多的关注,它可以产生各种波长的相干辐射,满足人们的实际需要。该技术极大地增加了二阶非线性过程的灵活性和可控性,丰富了其物理内涵,实现了各种有趣的物理现象。本论文主要对准相位匹配光学频率转换的理论模型、实验测评及功能开发等重要问题进行了深入研究。　　 首先,拓展了一维非线性传递矩阵的方法,将其与散射矩阵结合起来,有效地解决了光子晶体缺陷态与准相位匹配结合的结构以及同时实现光子晶体带边、准相位匹配及共振腔三种效应的结构的二阶非线性问题。　　 其次,发展了一维大信号迭代模型,分析了高转换效率下的多层膜结构的二阶非线性问题,如非线性光子晶体及光子晶体等。它考虑了泵浦损耗,保证了系统的能量守恒,是一种有效的、准确的数值模型。　　 第三,设计了新颖的极化结构,即超级周期极化的铌酸锂(PPLN),并实验证明了超级准相位匹配效应。它可以提供两种倒格矢,补偿微小的相位失配,有利于二次谐波的持续产生。它在一定程度上弥补了样品制备的误差,具有一定的实际意义。　　 另外,提出了基于金属-PPLN结构的光学二极管,实现了微纳尺度上的光隔离。表面等离子体激元(SPP)及准相位匹配技术的巧妙结合极大地促进了二阶非线性过程,显著地提高了器件性能。　　 最后,探索了金属包裹的纳米长方体颗粒,利用其双共振的特性实现了二次谐波增强。