光波导是集成光路中用于限制和传输光的基本元件,它由折射率较高的波导区域及周围折射率较低的材料所构成。基于光的全反射,光波导将入射光束限制在微米或亚微米尺度的波导区域内,使光束在波导内传输。光波导紧凑的几何结构,可以使其内部达到较高的光密度,从而在波导区进一步增强一些衬底材料的原有光学特性,如非线性光学特性、激光特性等。在实际应用中,由于二维光波导对光的限制作用更强,结构也更加灵活多变,所以应用比一维光波导更加广泛。光学倍频是材料中偶极子辐射的相干光学过程,也是非线性光学过程。倍频过程中,与非线性材料相互作用的光子被有效地“组合”以形成具有两倍于初始光子频率的新光子,它可以扩展激光谱线覆盖的范围。光学倍频可以将红外激光转变为可见激光,或将可见激光转变为波长更短的激光,可见光波段的脉冲激光在工业制造等诸多领域都具有重要应用。本论文的工作主要是利用不同的波导制备技术在非线性光学晶体中制备多种类型的波导结构,并开展其导波特性和二次谐波产生性能研究。本论文包括如下内容:在Nd:GdCOB晶体中利用15 MeV碳离子辐照与精密金刚石刀切割相结合的方法制备了脊型波导,并对所制备的Nd:GdCOB波导的传输特性进行了实验和模拟研究。基于端面耦合系统,测量了波导的传输损耗、模式分布以及偏振依赖性。采用RSoft软件模拟波导的模式分布,结果与实验值具有非常好的一致性,表明通过SRIM模拟获得电子与核能损曲线进而重构波导折射率分布的方法是合理的。微倍频光谱分析表明,Nd:GdCOB晶体的非线性光学特性在波导内得到了极大的增强。通过Ⅰ类相位匹配,我们在波导中实现了 1064→532 nm二次谐波的产生。在1064 nm脉冲激光激励下,平面波导和脊型波导的最大倍频光输出分别为～1.04 mW和～2.80 mW,相应转换效率分别为～8.32%W-1和～22.36%W-1。此外,在Nd:GdCOB晶体中通过飞秒激光直写技术制备了包层波导,使用金相显微镜拍摄波导端面图像,基于端面耦合装置测量了波导分别在1064 nm和632.8 nm下的损耗和近场模式分布。讨论了其在光学倍频产生方面的潜力。在KTP晶体中采用飞秒激光直写技术制备了包层波导和条形波导,并实现了1550→775 nm二次谐波产生。基于端面耦合系统测量了波导中基频光与倍频光沿不同偏振方向的输出功率,验证了二次谐波过程基于Ⅱ类相位匹配,是在TEω+TMω→TE2ω过程下实现的。在1550 nm飞秒激光泵浦下,包层波导和条形波导中最大二次谐波峰值功率分别为～20.19 W和～21.75 W,相应转换效率分别为～0.35%和-0.38%。在PPLN晶体中采用飞秒激光直写技术制备了双线型波导,并利用法布里-珀罗谐振腔法测量了波导的传输损耗。利用变温箱实现波导的温度调谐,研究了光波导在不同泵浦基频波长下的相位匹配波长与温度的对应关系。在脉冲激光与连续激光激励下均实现了 1.5 μm波段的室温下二次谐波产生,泵浦光为连续激光时,二次谐波的最大输出功率为～3.52 mW,相应转换效率为～1.06%;脉冲激光激励下,最大转换效率为～19.74%,此时二次谐波峰值输出功率为732.95 W。在CTGS晶体中通过飞秒激光直写技术制备了条形波导,使用金相显微镜拍摄波导的端面图像,基于端面耦合系统测量波导在1064 nm和632.8 nm下的损耗和近场模式分布,以及在632.8 nm下沿不同偏振方向的输出功率。