通过二阶非线性波长变换获得的光波在全光通信网络、光存储、高清显示以及医学与军事成像等领域存在着诸多应用。为得到宽谱输出,本文采用了有效非线性系数模型、传递函数法与电光效应,从理论推导和数值模拟的角度进行研究,实现了宽谱输出,具体的研究内容包括:1.总结概括了波长转换技术的研究背景与意义,对比分析了几种相位匹配方式与常见的准相位匹配光栅结构,并具体分析了国内外研究现状和目前研究中存在的问题。对波长变换过程加以推导,进而得出了关于波长变换的耦合波方程,使用传递函数方法求解了耦合波方程,推导了高斯光束入射均匀周期光栅与啁啾光栅时的倍频表达式。基于铌酸锂晶体的电光效应,在施加横向与纵向电场的情况下,推导了晶体折射率的变化,为后续在均匀周期光栅中扩展倍频带宽的研究提供了理论基础。2.基于铌酸锂晶体的色散特性与电光效应,提出了在均匀周期晶体中施加温度与电场梯度扩展倍频带宽的方法。利用铌酸锂晶体的色散方程分析了在不同工作温度、工作波长与实际温度下倍频波长的变化。同时基于电光效应,推导了在相位匹配条件附近,由于转化来的光波与入射光波之间相位差产生的有效非线性折射率的变化,对比分析了不同温度、晶体长度与电场强度对于透过率与倍频波长的影响。在晶体两端施加温度或电场梯度时,伴随着梯度两端之间的温度差与电场强度差的增大,倍频带宽逐渐增大,同时倍频带宽与梯度两端的温度差呈现线性关系,与梯度两端的电场强度差呈现指数关系,在梯度前后温度差40℃与电场强度差4.4V/μm时分别获得了2.4nm与1.6nm的倍频带宽。3.利用啁啾准相位匹配光栅具有的宽带倒格矢特性,提出了一种互补倒格矢的宽带准相位匹配光栅结构。从有效非线性系数模型出发计算了不同光栅结构提供的倒格矢带宽,基于不同的光栅结构,对比分析了宽谱产生的限制因素和晶体长度与啁啾率对于倒格矢带宽与有效非线性系数的影响。利用有效非线性系数模型与传递函数方法分析,互补倒格矢的宽带准相位匹配光栅结构提供从0.3μm-1到1.26μm-1的倒格矢大带宽,在可调谐光源入射时,获得了450nm到820nm的宽谱输出。