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SiC晶体是一种重要的宽禁带半导体材料，由于其具有高的热导率、大的饱和电子漂移速率及高的击穿场强，广泛应用于制备高温、高频及大功率电子器件。SiC晶体具有200多种晶型，其中6H和4H-SiC晶体可以生长出高质量大尺寸的单晶，它们均为六方结构，点群为6mm，存在二阶非线性光学效应;半绝缘6H和4H-SiC晶体在2.5-5.6μm中红外波段具有高的透过率，因而有望成为中红外波段的频率变换材料。中红外波段的激光在分子光谱、气体探测、环境保护、医学、激光通讯、红外遥感及光电对抗等领域有重要的应用;非线性光学频率变换是目前获得中红外激光的有效途径。常用的中红外非线性光学晶体（硫化物及硒化物等）受到低激光损伤阈值的限制，不能够满足当今对大功率中红外激光的迫切需求。寻找具有高激光损伤阈值的新型中红外非线性光学材料已成为当前中红外激光研究领域的难点和前沿方向之一。SiC优异的物理性质如宽的带隙(2.3-3.2eV)、高的热导率(490W/m·K)及强的共价键能(5eV)等有利于提高其抗激光损伤能力;因此可以推断，SiC将是一种有重要应用前景的中红外非线性光学材料。然而，目前关于SiC晶体非线性光学性质的研究较少，至今还没有SiC中红外非线性光学频率变换的实验报道;为了在SiC晶体中实现中红外激光的输出，需要深入研究SiC晶体的非线性光学性质。此外，SiC晶体中的缺陷可以作为室温下的量子比特，使SiC有望应用于量子计算及量子信息等领域，但是SiC中相关缺陷的起源尚不清楚。本论文以6H和4H-SiC晶体的非线性光学性能及其缺陷发光为主要研究内容，旨在解决SiC晶体在非线性光学频率变换中存在的若干科学问题，进而推动SiC晶体在中红外非线性光学频率变换领域的广泛应用;此外，研究缺陷的起源将有助于推动SiC基固态量子比特器件的发展。本论文的主要结果如下: 第一，研究了6H及4H-SiC晶体的透过率光谱、折射率及相位匹配条件。研究发现，半绝缘SiC晶体具有高的透过率及宽的透光范围（0.4-6.0μm）。首次测试了半绝缘6H及4H-SiC晶体在中红外波段的折射率，提供了6H及4H-SiC晶体精确的色散方程。研究了6H及4H-SiC晶体的相位匹配特征，结果表明4H-SiC晶体可以实现差频及光参量的相位匹配;而6H-SiC不满足相位匹配，这更正了之前关于6H-SiC可以实现相位匹配的错误认识。 第二，研究了4H-SiC晶体的差频及光参量放大性能。首次基于4H-SiC晶体实现了中红外激光的输出。利用4H-SiC晶体在82°相位匹配角下，通过差频获得了3.8-5.6μm的宽谱飞秒中红外激光，在430mW泵浦光下，得到的中红外激光的平均功率为0.2mW。另外，研究了4H-SiC晶体在532nm及800nm激光泵浦时的光参量放大性能。在飞秒800nm激光泵浦下，首次在实验上观察到4H-SiC晶体的受激拉曼散射。这些结果表明4H-SiC晶体可作为新的性能优良的中红外非线性光学频率变换材料，同时，SiC晶体也是一种潜在的固体拉曼激光器中的拉曼介质。 第三，研究了6H-SiC晶体中发光起源存在争议的V2(1.398eV)发光带的起源。研究发现V2具有激子发光的特征，进而提出了6H-SiC晶体中的钒束缚激子发光模型。V2是6H-SiC晶体中可在室温实现对其自旋进行操纵的量子比特。对其发光机理的研究将促进SiC基的量子比特器件的发展。同时，也为在SiC晶体中寻找新的固态量子比特提供了新的思路。