铌酸锂光波导以其超快响应速度和超宽响应带宽，无自发辐射噪声以及非线性效应丰富等诸多优点被广泛应用于多种全光信号处理技术中，世界上已经有许多科研团队都能制作铌酸锂光波导，但目前适用于全光信号处理的铌酸锂光波导制作在国内尚属空白，制作具有自主知识产权的铌酸锂波导器件在全光通信中具有重要意义。本论文以掺镁铌酸锂晶体为研究对象，对直接键合铌酸锂脊形光波导，黏胶键合铌酸锂脊形光波导，退火质子交换铌酸锂脊形光波导的结构进行设计，优化波导结构参数，并实验研究直接键合，黏胶键合，研磨抛光和ICP干法刻蚀脊形结构相结合制备铌酸锂脊形波导以及退火质子交换与金刚石划片机精密切割脊形结构相结合制备铌酸锂脊形波导的制备工艺，并对所制备的铌酸锂光波导性能进行测试，得出具有较高二阶非线性转换效率的铌酸锂波长转换器件。概括全文的研究成果主要有以下几个方面：(1)在非耗尽近似条件下推导出二阶非线性倍频转换光输出光功率的近似解析表达式。分析影响转换光输出光功率的波导参数，如波导长度，波导光场有效作用面积，准相位匹配条件，晶体非线性系数等，得出提高转换光输出光功率的方法。并得出铌酸锂波导中中o光入射对应TE模式传输，e光入射对应TM模式传输。另外比较周期极化铌酸锂晶体与周期极化掺镁铌酸锂晶体的抗光折变性能，选取具有较高抗光折变性能的掺镁铌酸锂晶体做为铌酸锂波导的衬底。从材料选取以及波导尺寸选择方面为铌酸锂波导的设计提供理论依据。(2)编写有限差分法计算波导本征光场及有限差分光束传播法计算波导传输光场的Matlab程序，并对不同工艺方法制备掺镁铌酸锂脊形波导结构进行模拟设计。模拟得到直接键合掺镁铌酸锂脊形波导最佳波导尺寸，以及在最佳尺寸下1550nm基频光和775nm倍频光的基模光场分布，基模有效折射率以及传输模场分布，从而得到直接键合掺镁铌酸锂脊形波导最佳设计参数(准相位匹配周期，波导宽度，波导高度等)。模拟常用制备退火质子交换波导工艺条件下，宽度为8μm的退火质子交换掺镁铌酸锂脊形波导结构下，基频光和倍频光基模光场分布及有效折射率，从而得到退火质子掺镁铌酸锂脊形波导准相位匹配周期等设计参数。(3)针对直接键合掺镁铌酸锂脊形波导的不足，利用黏胶键合中间胶层折射率与波导层较大折射率差，实现了特殊结构下黏胶掺镁铌酸锂脊形波导基频光和倍频光的单模传输，同时降低波导中光场有效作用面积，增强转换光的输出光功率。(4)对直接键合掺镁铌酸锂脊形波导的制备工艺进行实验研究。对直接键合法和ICP干法刻蚀相结合制备掺镁铌酸锂脊形波导流程中的各项工艺，如掺镁铌酸锂晶体和钽酸锂晶体的直接键合工艺，键合晶圆片中掺镁铌酸锂波导层的减薄抛光处理工艺以及ICP干法刻蚀掺镁铌酸锂晶体工艺进行细致实验研究，通过对工艺原理和影响因素分析，优化实验参数，初步制成脊形的掺镁铌酸锂波导。并选取合适的黏合剂，实现了掺镁铌酸锂/钽酸锂晶体的黏胶键合。(5)对退火质子交换周期极化掺镁铌酸锂脊形波导的制备工艺进行实验研究。通过对退火质子交换法和金刚石划片机精密切割相结合制备退火质子交换周期极化掺镁铌酸锂脊形波导流程中的各项工艺进行细致实验研究，如掺镁铌酸锂晶体的周期极化工艺，掺镁铌酸锂晶体的退火质子交换工艺以及金刚石划片机精密切割周期极化掺镁铌酸锂晶体工艺，制备出具有波长转换性能的退火质子交换周期极化掺镁铌酸锂脊形波导器件。(6)对制备的退火质子交换周期极化掺镁铌酸锂脊形光波导性能进行测试。搭建精密光纤耦合对准平台，用截断法测试波导的传输损耗。然后用紫外点胶法将波导进行耦合封装，测试封装后波导器件的插入损耗及准相位匹配波长。基于此种退火质子交换周期极化掺镁铌酸锂脊形波导中同时级联倍频差频和级联和频差频效应实现可调谐广播式全光波长转换。