一种基于矢量光束的非线性频率转换装置，包括光处理组件，用于将种子光处理成圆偏振光；角动量模块，用于将输入的圆偏振光增加轨道角动量，然后输出同时具有偏振和轨道角动量叠加状态的光束；非线性频率转换模块，用于对输入的光束进行非线性频率转换，然后输出非线性频率转换后的光束。本实用新型可实现矢量光束的操作和非线性频率转换，可被用于扩宽光束的可用频率范围，其具有很强的有效性和鲁棒性，而且使用了较少的光学元件，调节灵活，具有很强的运用前景。本装置可实现对矢量光束的倍频操作，而且该装置同样也适用于其他的二阶非线性过程，如和频和差频转换过程，并可推广到单光子的量子态。