非线性光学的迅速发展对激光器的要求越来越高,拓宽激光器输出的波长范围、提高输出光功率成为了一个新的课题。这使得研究非线性晶体的频率转换和提高功率转换效率成为当今非线性光学研究的一个热点,另一方面,采用非线性过程产生的各种量子态也已经广泛应用于飞速发展的量子信息领域。本文主要研究了非线性极化铌酸锂光子晶体(PPLN)的频率变换及多光子量子态的理论与实验产生。主要从以下几个方面进行了研究。　　第一,利用参量过程实现光学频率变换技术的前提是满足相位匹配条件,特殊设计的光子晶体能够实现特定波长准相位匹配从而扩展光学波长。本文对光子晶体实现准相位匹配进行了理论分析,并且通过对比准相位匹配和通常的相位匹配,总结了准相位匹配技术的优点。　　其次,在理论分析的基础上设计特定的一维非线性晶体,并给出合适的实验参数。进一步,利用设计的光子晶体开展了实验研究,在泵浦光频率较低的情况下实验上实现了量子化多波长输出。进一步,对实验结果进行了详细的讨论,实验结果与理论符合。　　第三,在实验获得参量下转化光子的情况下,我们实验研究了下转化光子之间关联特性,通过合理的实验设计,研究了每种波长光光子的输出特性,并且得到两种下转换光的双光子关联关系。　　第四,所设计晶体在满足下转换相位匹配情况下,如果还满足三光子产生的相位匹配条件,本文通过理论模拟的方法得到了这个晶体能够产生的三光子的波长,由于三光子很微弱,很难探测,目前该实验还在进行中。