二阶非线性系数在空间不同方向上周期调制的晶体被称为非线性光子晶体。随着人工微纳加工工艺的发展与日渐成熟,人们已经可以实现在亚微米乃至纳米尺度设计与构造材料微结构。而在这基础上,为实现非线性光子晶体在空间上更小尺度的调制,催始了人们对亚微米尺度的铁电畴反转极化工艺的研究。电子束曝光直写极化工艺可以在铁电晶体薄膜上实现亚微米级的任意图形的畴极化反转,配合不同的极化工艺技术联合使用使得复杂结构非线性光子晶体的制备成为可能。与此同时,二维乃至三维非线性光子晶体的成功制备也对不同结构非线性光子晶体中的非线性光学现象的理论研究提出了更高的需求。本文工作通过对电子束直写极化工艺的摸索,在有限的规模和尺度上实现了含金电极的铌酸锂薄膜上的亚微米级的任意图形铁电畴反转极化。在此基础上,通过对现有不同铁电畴极化技术的比较与分析,提出了不同技术联合使用的潜在方法以在未来实现更大规模、更小尺度、更复杂结构和更高良品率的实用且多样化的非线性材料结构工艺。其次,本文工作对高维复杂结构的非线性光子晶体进行合理抽象标准化,在理论上对其中的非线性频率转换过程进行建模和全面深入地分析。建立了三维非线性光子晶体中二阶非线性频率转换过程的标准模型,并从中推导得到了二次谐波的统一公式。给出的总相位匹配条件统一了体介质材料、一维、二维和三维非线性光子晶体中不同的二次谐波现象和其对应的相位匹配条件,从而将其中产生的复杂的非线性谐波之间的区别与相互影响进行了明晰的归类与分辨。此外,从非线性光子晶体的统一模型中抽出单层的非线性周期调制界面并对其中进行了理论分析,得到了描述二阶非线性频率转换过程所遵循的广义的非线性斯涅耳定律。非线性界面对谐波的产生会有增强效应,并在广义的非线性斯涅耳定律下调制成多级出射。在非线性晶体薄膜上根据广义的非线性斯涅耳定律构造非线性超表面结构,通过合理调制非线性界面处的χ^（2）微结构可以实现对谐波的多级调控,实现非线性超反射、负折射等反常现象;亦可实现辐射态到局域态的转化,在局域态时金属层上的非线性界面结构可实现等离子激元的激发。深入研究非线性界面的特性使得传统相位匹配不再受到简单周期调制结构的桎梏,使得目前体材料介质中的非线性频率转换过程的局限得到突破。