铌酸锂晶体具有非常优越的电光、声光、非线性等光学特性，因此基于铌酸锂材料的光波导可以用来制备各种光学器件，包括电光调制器、可调谐滤波器、放大器以及各种类型的（可调谐）激光器、非线性波长转换器，尤其是周期极化反转铌酸锂光波导（PPLN）可用作高效的非线性器件进行波长转换和全光信号处理。本文对周期极化反转铌酸锂光波导进行了相关研究，具体内容如下：（1）研究了各种铌酸锂光波导制备工艺的优缺点，通过研究发现直接键合法制备铌酸锂光波导的制备工艺比较简单，容易实现并且容易控制，所制备出的光波导具有阶跃型的折射率分布，该光波导对光场具有很强的限制作用。由于关于直接键合脊形光波导的结构设计以及模场特性的报道却很少，因此本文将对直接键合脊形光波导的结构设计进行研究。（2）提出采用有限差分法对直接键合的脊形光波导进行数值模拟，并且为了提高铌酸锂晶体的抗光折变性能，对掺杂铌酸锂的材料组份进行了研究，根据有限差分法设计程序，得出光波导的模场分布以及有效折射率等参数，根据这些参数可以对光波导的结构尺寸进行设计并优化。（3）引入模场重叠因子的概念以及定义式，通过数值模拟得出模场重叠因子与波导结构的变化关系，将模场重叠因子引入耦合波方程组，对耦合波方程进行修正，并设计波导尺寸，以达到最大的波长转换效率。我们还提出了通过线性啁啾的极化周期结构来拓宽PPLN泵浦带宽的方案，并进行了数值模拟。（4）提出在周期极化反转铌酸锂光波导中引入一维光子晶体，根据要求设计一维光子晶体结构，得到合适的反射谱，使得波长转换中的信号光、泵浦光处在光子禁带内，以减小传输损耗，随后用有限差分法对该新型光波导进行模拟，发现该新颖结构的光波导具有很高的转换效率同时传输损耗低。（5）提出基于PPLN光波导实现超宽带（UWB）脉冲的方案，并通过数值模拟了高斯脉冲通过PPLN光波导后产生UWB脉冲的形成过程，论证了该方案的可行性，并对脉冲宽度、延时量等参数进行了优化。