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本文对基于非均匀周期结构周期极化铌酸锂(PPLN)晶体(主要是分段结构PPLN晶体)的全光波长转换过程进行了研究,同时分析了温度因素对基于分段结构PPLN晶体的全光波长转换器结构设计的影响。论文首先建立了均匀分段结构PPLN晶体理论模型,并给出了利用混合遗传算法进行结构优化设计的实现过程。通过对传统的遗传算法进行改进,采用结合了精英选择策略、自适应遗传算法和小生境遗传算法特点的混合遗传算法,极大的缩减了基于均匀分段结构PPLN晶体的波长转换器的结构设计时间。随后分析了均匀分段结构PPLN晶体所分段数、晶体长度对波长转换器的转换带宽、转换效率和增益平坦性的影响。其次,给出阶梯分段结构PPLN晶体的理论模型,对基于阶梯分段结构PPLN晶体和DFG效应的波长转换器进行了特性研究。当晶体长度不变时,通过增加阶梯段数并合理设计起始段极化周期的变化量参数及相邻段之间的阶梯变化量参数,可以同时获得高平坦性、大转换带宽和高转换效率。最后,论文研究了温度变化对分段结构PPLN晶体的结构优化设计的影响。在综合考虑转换效率的大小、增益平坦性、转换带宽和温度等多种因素下,获得了25℃~250℃内分段结构PPLN晶体的最优极化周期随温度的变化规律,寻找到了最优的分段结构PPLN晶体的结构参数以及相应温度下的波长转换特性。