自发参量转换效应是由于单色泵浦光子流和量子真空噪声对非中心对称介质的综合作用而产生的复杂非线性过程。当高强度超短脉冲激光泵浦非线性晶体时,将自发的产生频率上转换光和下转换光,并在空间内形成彩色锥形辐射(CCE)现象。鉴于自发参量转换效应在学术和应用领域的重要意义,本文对飞秒激光泵浦非线性光学晶体中由于自发参量下转换产生的彩色锥形辐射现象进行理论及实验研究,主要内容如下:(1)从麦克斯韦方程出发,理论推导了光脉冲在非线性晶体中传输的的三波耦合方程,根据相位匹配原理分别计算了I类与II类匹配条件下BBO晶体的相位匹配角。考虑到群速度失配在光束传输过程中的重要影响,计算了二次谐波过程中群速度失配及光束走离角。(2)研究了彩色锥形辐射现象产生的宏观机制——时空调制不稳定性。只有当时间与空间频率满足一定的色散关系时噪声信号才能得到放大,稳态解才存在。通过稳态的时间与空间调制的理论模拟,计算了微扰在不同空间频率Ωs和时间频率Ω下的增益。(3)采用飞秒脉冲激光泵浦I类BBO晶体,成功观测到了彩色锥形辐射现象。实验研究了彩色锥形辐射现象与泵浦功率、脉冲宽度、晶体长度以及光束入射角度等参数的关系。并且从理论上模拟了各参数对CCE的影响,与实验结果进行了对比,理论模拟结果与实验结果基本符合,由此对各实验现象做出了合理的解释。