宽带准相位匹配(QPM)在多波长和超短脉冲倍频等领域有着广泛应用。分析了铌酸锂晶体的准相位匹配和群速度匹配条件，利用遗传算法，对非周期极化铌酸锂(APPLN)晶体的结构进行优化设计，并提出了一种通过适当调整基波的位置和数量来优化非周期极化铌酸锂晶体倍频带宽的设计方法。研究表明，对于0型(e+e→e)准相位匹配，在群速度匹配点附近，周期极化铌酸锂(PPLN)晶体倍频带宽为167 nm，而非周期极化铌酸锂晶体最大倍频带宽可达440 nm，带宽增加了273 nm；I型(o+o→e)准相位匹配下，周期极化铌酸锂晶体在群速度匹配点附近的倍频带宽为59 nm，而非周期极化铌酸锂晶体最大倍频带宽可达153 nm，带宽增加了94 nm。

针对纳秒量级调Q 宽频带光纤激光器，分别模拟了利用光栅角色散补偿(ASD)，棱镜ASD 以及晶体级联方法对倍频效率的影响。采用LBO 晶体Ⅰ类相位匹配，通过数值求解高斯光束三波耦合方程，得到了入射基频光线宽、聚焦光斑位置、聚焦光斑大小以及晶体长度对倍频转换效率的影响，并对晶体参数进行优化。计算结果显示：直接倍频时，对于5 nm 宽频带激光，倍频效率只有17%；采用光栅角色散补偿可以在大光谱范围内倍频效率达到70%以上；棱镜提供的补偿较小，但也能使倍频效率提高50%；三块晶体级联可以使倍频效率提高130%。

从Sellmeier 方程出发得到了BBO 晶体在1550 nm 波段具有波长不敏感的性质，因此BBO 晶体可用于掺铒光纤锁模激光器的宽带倍频。采用分布傅里叶方法对倍频耦合波方程进行了数值求解，得到了不同功率密度以及不同脉宽基频光的情况下倍频效率和转换带宽随晶体长度的变化关系，提出了晶体最佳长度的选择标准。与小信号近似的选择方法相比，该方法的适用范围更广，可用于不同功率密度情况下的晶体长度选择。

提出了利用准相位匹配晶体进行宽带脉冲倍频,再根据准相位匹配晶体的极化周期与倍频脉冲输出中心波长的相位匹配关系来精确测量准相位匹配晶体极化周期的新方法.理论分析了准相位匹配晶体的极化周期与倍频脉冲的光谱关系、倍频容许带宽与晶体长度的关系.研究表明:宽带脉冲倍频后输出的脉冲峰值波长对应于角度的调谐曲线具有对称性;对于长度为10 mm的极化晶体,其倍频容许带宽不到0.2 nm.实验中,采用了国产PPKTP晶体试验片,晶体尺寸为10 mm×7 mm×1 mm,理想极化周期9 300 nm.结果表明:对于中心波长为537.25 nm的倍频光,其对应的实际晶体极化周期为9 303.9 nm,大于晶体加工时的理想值;当倍频脉冲光谱测量精度为0.01 nm时,准相位匹配晶体的极化周期测量精度达到0.1 nm,远高于一般光学显微镜的观测精度.