非线性晶体伴随着非线性光学的出现而不断发展,其已成为许多光学领域的重要物质基础,在激光调制、全息存储、量子通信等方面具有极大应用价值,本文主要研究非线性晶体在单光子源和太赫兹波两个方面的重要应用。一方面,单光子是光量子信息处理的重要信息载体。高效率、高纯度、确定性的单光子源是实现光学量子计算和量子保密通信的重要前提条件。基于非线性晶体的自发参量下转换是制备单光子源的主要方法之一,具有应用范围宽、技术难度相对较低、操作步骤简单等优点,具有重要的研究价值。另一方面,太赫兹波在生物医学成像、安全检查、材料检测以及空间通信等领域具有广泛的应用前景。太赫兹光源的制备是太赫兹技术发展的关键环节,尽管太赫兹波在过去的二十多年已经有了快速发展,但获得高能量、高效率、可调谐、低成本、室温运转的太赫兹波源仍然是研究的重点。本论文的主要内容包括:(1)基于非线性晶体制备纯态单光子源。首先,理论上研究了群速度匹配条件下的单光子源产生过程,介绍了Hong-Ou-Mandel干涉。其次,在数值上模拟了KDP及其同构晶体、PPKTP及其同构晶体产生纯态单光子源的过程,然后探讨了PPKTP及其同构晶体的热效应,分析了5种晶体群速度匹配波长随温度的变化情况,并以PPCTA晶体为例,计算了联合频谱分布和HOM干涉条纹随温度的变化。(2)基于非线性晶体产生太赫兹波。首先,理论上推导了非线性差频过程的基本公式,分析了影响差频转换效率的主要因素,提出了级联差频的概念和基本原理,推导了级联差频的耦合波方程。其次,数值上模拟了基于PPKTP及其同构晶体产生太赫兹波的过程,总结了主要参数,并比较了PPKTP及其同构晶体在无级联和级联下的太赫兹强度,分析了不同条件对太赫兹波强度的影响,计算了级联差频下五种晶体的量子转换效率。