中红外波段在空间光通信、激光雷达、激光制导、遥感等方面具有重要的应用。但目前中红外激光源和探测器还有一些缺陷。现有中红外激光器存在单个器件波长覆盖范围窄、可调谐性差、效率低等问题,中红外探测器在灵敏度、响应速度方面远落后于近红外波段探测器。基于非线性参量过程的中红外-近红外频谱转换技术是实现高性能中红外光源产生和信号探测的一种有效途径,然而转换效率和调谐范围通常由于泵浦-信号频率失谐量大和非线性材料的透光范围而受限。硫系玻璃材料具有较宽的可见-中红外透光范围和较高的非线性折射率。基于硫系材料的非线性中红外光波导在实现中红外-近红外光波的频谱转换方面具备潜力。因此,本文以实现高效率、可调谐范围大、低噪声的中红外频谱转换为目标,研究了硫系中红外非线性波导的设计和中-近红外频谱转换的实现方法,为解决中-近红外频谱转换的关键问题提供新的方案。本文主要研究内容和结果包括:（1）提出基于波导正常群速度色散及高阶色散的相位匹配方案实现高效率、宽调谐的中-近红外大跨度频谱转换,通过色散调控优化设计两种高非线性中红外硫系脊型波导,并通过数值仿真研究了波导的中红外-近红外频谱转换性能。结果表明,当泵浦光波长位于靠近零色散点的正常色散波长区时,可以实现宽范围可调谐的高效率频谱转换。通过调节泵浦光波长在1955±30nm范围内变化,As2Se3硫系脊型波导理论上可以实现2.7～6.2μm中红外光波的频谱转换及参量放大,可调谐范围达到3.5μm,泵浦波长范围内非线性系数高达100W-1m-1。通过调节泵浦光波长在高功率光源较为成熟的1540～1565nm范围内变化,Ge Sb S脊型波导理论上可以实现2.1～3.5μm中红外光波的频谱转换。（2）通过理论推导给出了中红外间接探测的噪声计算公式,并与中红外直接探测对比,得到中红外间接探测的电信噪比提升的理论公式。基于该理论模型,计算了间接探测系统的中-近红外频率转换效率及中红外光信号功率对电信噪比提升的影响。结果表明:间接探测方案在探测微弱中红外信号时对电信噪比具有明显的提升,输入中红外信号功率越弱,间接探测带来的电信噪比提升越显著,当中红外信号功率小于0.1μW时,相比于直接使用无制冷中红外光电探测器,中红外间接探测的电信噪比提升可达54.8d B;相比于直接使用液氮制冷的低噪声中红外光电探测器,中红外间接探测也有4.8d B的电信噪比提升;此外,由于参量过程的量子噪声的限制,中红外间接探测电信噪比提升在频谱转换效率约10d B时达到饱和。