随着新型激光技术、可调谐激光器等相关领域研究的长足发展与不断完善，非线性光学的研究得到了这些强有力工具的辅助，才使得人们有机会研究更高阶或共振增强等其他类型的非线性光学效应。各种非线性光学效应陆续被发现，其中，非线性频率变换技术随着新型非线性光学晶体材料的出现和应用的需要，得到了快速发展，成为线性光学相关技术中的一种重要技术[1]。在实际应用中针对不同的工作或实验对象、条件和精度标准等，各个波段的激光都可能得到应用，但有的波长无法直接通过普通的粒子能级跃迁方式来得到。为了解决这个问题，非线性光学变换频率技术就成为得到能满足不同需求的新激光波长的有效并且可靠的方法。

从技术实现的方面来划分，非线性频率转换可分为倍频（SecondHarmonicGeneration,SHG），和频（Sum-FrequencyGeneration,SFG），差频（DifferenceFrequencygeneration,DFG），光参量产生（OpticalParametricGeneration,OPG）和光参量放大（OpticalParametricAmplification,OPA）等[2]。本文主要介绍倍频及和频。

1.2相位匹配

相位匹配可以说是非线性光学这门学科中最为核心的一个概念，许多非线性光学相关技术都围绕着这一概念展开并发展。光学二次谐波或倍频是目前非线性光学中应用得最广泛的一种技术。1961年——正是首次利用红宝石获得激光之后的第二年——Franken等人率先发现了光学倍频现象，该实验的实验装置如下图1.2.1所示。当时发现从基波到倍频光的转换效率很低，仅为10-8数量级，主要原因是基波光同倍频光在传播过程中的相位不匹配[3]。1962年，Giodmaine及Maker等人同时提出了在基波光和倍频光频率处相速度匹配的有效方法。这种方法利用了在同一个光学各向异性的非线性晶体中不同偏振波的折射率之间的差[3]，即相位匹配技术。借助这一技术，让不同的转换过程能够达到较高的转换效率成为可能。总的来说，在激光技术及相关领域中，光倍频和光混频可以称得上是实现频率转换最为重要并且广泛使用的方法。此外，如果将可调谐基波光与固定波长的激光或两个不同的可调谐基波光在非线性晶体中混频，能够得到新的可调谐波段，这对进一步实现激光在其相关技术领域中的应用有很大的意义[4]。

说有着相互作用的基波光与倍频光必须具有相同的相速度[1]。容易知道光在非线性晶体中传播时的相速度不仅与光在传播方向的折射率相联系，同时它还与光的偏振态以及传播方向有关[1]。要理解并分析光在非线性晶体中的传播过程，就是要得到基波光和倍频光的偏振方向以及对应的相速度（或折射率），对于正常色散的介质，折射率n随频率的增大而增大，对反正常色散的介质，折射率n随频率的增大而减小[1]。又由于在介质中存在色散，通常情况下基波光和倍频光的折射率是不相等的，即不满足上述相位匹配条件。因此我们需要制造特定的条件，使得这两个特征光波的折射率能够相等。例如，利用晶体的双折射特性、气体中的反常色散特性和波导中模的色散特性等，使之达到相位匹配[2]。下文将介绍目前人们常用的两类相位匹配方式——双折射相位匹配（BPM）和准相位匹配（QPM）。

1.2.1 双折射相位匹配

为了最大限度地利用非线性晶体材料实现不同的频率转换，光波需要满足相位匹配条件[2]。如今在科研实践中应用较为广泛的是双折射相位匹配（BirefringentPhaseMatching，BPM）技术，这种相位匹配技术是利用单轴或双轴非线性晶体的双折射特性和色散特性，通过选择光波的波矢方向和偏振方向来实现的，此方法受到波矢方向和偏振方向的限制，使得只能在特定的晶体上实现固定波长的相位匹配，使用受到极大限制[2]。