随着激光技术的迅速发展,许多领域都对宽谱激光光源提出了需求。基于二阶非线性效应与准相位匹配技术产生超宽带激光的研究得到了光学领域的广泛重视。为了获得宽谱激光,需要实现宽带的频率转换,相比双折射相位匹配技术,准相位匹配技术能够弥补晶体材料色散的限制,通过设计准相位匹配晶体的极化图案,能够使宽谱带内的波长转换得以实现。本文对准相位匹配技术及相关的理论计算、晶体设计进行了详细的研究,提出利用啁啾周期极化铌酸锂晶体产生超宽带的二次谐波、超宽带的中红外激光等,本文的研究结果能够为实现在单块非线性光子晶体中同时实现全谱段激光的研究打下理论基础、积累经验,也为任意波段的超宽带激光产生提供新的思路。首先,本文介绍了关于准相位匹配技术的历史发展、相关的发展进程,以及技术原理、准相位匹配晶体制备流程等。其次,从麦克斯韦方程组出发,对光在非线性介质中的传播规律进行推导,得到了三波混频过程的耦合波微分方程组。进一步将极化晶体的结构与耦合波方程组相结合,得到了准相位匹配下的三波混频耦合波方程组,并将其应用于单波长的和频、倍频以及差频过程的仿真,为下面进一步研究与设计产生宽谱激光的极化晶体结构提供理论依据。其次,本文设计和实现了一种啁啾周期极化非线性晶体,该晶体支持覆盖350-850nm的超宽带二次谐波产生,与覆盖700-1700nm的超宽带泵浦激光器同时实现高达12阶的准相位匹配,平均高转换效率约为25.8%。我们获得了一个平坦的超连续谱,带宽为10d B,覆盖超过一个倍频程（约375-1200 nm）,20d B带宽,在紫外-可见-红外区覆盖两个以上的倍频程（约350-1500nm）,在0.48m J每脉冲的钛宝石飞秒激光泵浦下,通过二阶和三阶非线性的协同作用,具有0.17m J/脉冲的强能量。该方案为超连续谱激光源的研制提供了一种很有前途的方法,该超连续谱激光源具有极宽的带宽、大的脉冲能量和高的峰值功率,适用于各种基础科学和高科技应用。另外,为了产生宽带高能量中红外激光,通过将准相位匹配技术与CPPLN晶体相结合,进行了理论分析和结构设计。采用二阶非线性差频过程,通过CPPLN实现中红外激光器的产生。在差频过程中,使用的泵浦光为800nm,信号光的波长范围为0.95-1.6μm。通过计算CPPLN晶体的色散曲线,得到了不同信号光下DFG过程的相位失配。在准相位匹配条件下,设计了具有啁啾周期极化结构的铌酸锂晶体,并用于宽带相位失配补偿。数值模拟表明,所设计的结构能够满足1.6-5μm波段中红外激光的产生。利用非线性耦合波方程和四阶龙格-库塔方法,计算了晶体中不同位置不同波长的中红外激光的转换效率。结果表明,在单晶体CPPLN中可以有效地产生中红外激光覆盖,平均转换效率约为15%。对所设计的CPPLN晶体进行理论分析和数值模拟,可以为进一步开展超宽带中红外激光器的实验探索提供的原理参考和理论支持。