Diese Arbeit behandelt die theoretische und experimentelle Untersuchung integrierter nichtlinearer optischer Bauelemente für quantenoptische Anwendungen. Wir betrachten zwei KTP-Systeme aus eigner Herstellung, welche für die quantenoptische Gemeinschaft interessante Prozesse realisieren. Die erste Probe führt eine Frequenzkonversion durch, um die Lücke zwischen dem Ultraviolett- und dem Infrarotbereich zu überbrücken. Die zweite Probe ist eine Infrarotquelle für dekorrelierte Photonenpaare. Wir zeigen, dass die nichtlinearen Eigenschaften der Proben durch Imperfektionen im Herstellungsprozess beeinflusst werden und erweitern die Untersuchungen um Lithiumniobat Systeme. Wir entwickeln ein Modell, das Entwurfsregeln zur Optimierung der spektralen Qualität nichtlinearer Bauelemente enthält. Wie zeigen, dass diese Theorie auf eine Vielzahl nichtlinearer Systeme ausgeweitet werden kann. Um die Charakterisierung unserer Proben zu verbessern, entwickeln wir eine Methode zur Verlustabschätzung des zweiten harmonischen Feldes in nichtlinearen Wellenleitern. Die Arbeit wird durch eine eingehende Analyse des Einflusses der Wellenleitergeometrie auf die Bestimmung der Dispersion und der nichtlinearen Eigenschaften von Lithiumniobat auf Isolator (LNOI) Wellenleitern vervollständigt. Wir schließen mit einer Diskussion der Auswirkungen von Fabrikationsfehlern auf die Eigenschaften dieser Systeme.

In this work, we theoretically and experimentally investigate the design and the performance of integrated nonlinear optical devices for quantum optics applications. We discuss the in-house fabrication of two KTP systems implementing two processes of interest for the quantum optical community. The first sample performs a frequency conversion bridging the gap between the ultraviolet and the infrared range and the second is an infrared source of decorrelated photon pairs. We show that the performance of the samples is affected by fabrication imperfections and expand the discussion to the case of nonlinear processes in lithium niobate waveguides. We develop a model that provides design rules to optimise the spectral quality of nonlinear devices and discover that such a theory can be extended to nonlinear processes realised in a wide variety of nonlinear systems. To improve the characterisation of our samples, we develop a technique to estimate the losses of the second harmonic field in a nonlinear waveguide system.The work is completed by an in-depth analysis of the effect of the waveguide geometry in determining the dispersion and nonlinear properties of lithium niobate on insulator (LNOI) waveguides. We conclude with a discussion on the impact of fabrication errors on the performance of these systems.