非线性光学是一门伴随激光技术的出现而迅猛发展的新兴光学分支学科,已经成为许多重要科学技术的物理基础。其中,光学参量下转换过程可以将高频泵浦光转换为低频信号光输出,一方面可用于制备新波长激光满足传统激光技术应用需求,如制备中红外激光;另一方面还是实现量子信息学应用基础,量子光源的主要技术手段,如多光子纠缠态。近年来,频率简并的三阶受激参量下转换受到了大量研究关注,该过程三个下转换光子的频率相同且都为泵浦光子频率的三分之一,因此也被称为三分之一次谐波（one-third harmonic generation,OTHG）。虽然OTHG的相位匹配条件可以利用波导中的模间相位匹配技术得到满足,但是相关理论探索并不完善,特别是并未充分考虑传输损耗对激发OTHG光场强度和相位阈值的影响,以及传输过程中相位匹配条件的变化因素等。本文的研究目的是建立熔石英微光纤中包含传输损耗的OTHG非线性耦合传输理论模型,分析传输损耗对OTHG转换效率的限制,并提出增强效率的解决方案,为实验实现OTHG提供建设性的理论指导。论文工作以传输损耗对OTHG的影响为主线开展了以下研究内容:（1）建立损耗条件下熔石英微光纤结构中描述OTHG相互作用光波模场间的非线性耦合模理论。将与泵浦和信号光场频率有关的所有三阶非线性极化项带入Maxwell方程组,通过模场归一化处理导出包含传输损耗的慢变振幅耦合模微分方程组。研究了在微光纤结构中传输的两个不同频率光场对应模式间的色散分布特性,以对应模式重叠积分的大小为标准选定了最有利于OTHG非线性能量传递的模间相位匹配参数,为后文的研究奠定了基础。（2）分析了传输损耗对激发OTHG的光场强度阈值,相位阈值以及传输过程中相位匹配条件的影响。通过对复振幅形式的非线性耦合模微分方程组进行分离,系统地分析了传输损耗对OTHG及其逆过程的影响。其中,传输损耗的存在增大了激发有效OTHG的光场强度阈值,减小了支持OTHG信号模场正增益的相对相位有效范围。以前面的分析结果为基础,优化了描述光学参量过程中相位匹配程度的相干长度定义式。借助相干长度的优化定义,论述了传统模间相位匹配技术方案下设计的均匀直径微光纤结构中无法在整个传输过程中都保持OTHG的完美相位匹配条件。相位失配的存在引起相对相位在有效范围和无效范围之间周期变化,导致泵浦和信号模场在传输过程中往返传递能量,限制了OTHG信号模场的最大转换效率。（3）根据上述分析指出的传输损耗引起的相位失配导致OTHG信号模场功率沿传输路径振荡分布,提出并论述了一类通过调制微光纤内模间色散值提升相位失配的OTHG转换效率的方案。根据所选模间色散值的不同,该方案又可细分为模间相位失配开关和模间相位失配补偿两种情况。前者保持相对相位沿传输路径单向变化,控制不同相位区间的传输路径长度;后者将相对相位保持在其有效范围内沿传输路径往返变化。分析比较了这两种方案下OTHG转换效率相对传统模间相位匹配条件下OTHG转换效率的提升,论述了OTHG转换效率对两种方案调制深度的依赖性。最后,根据分析结果,论述并指出优化的模间相位失配补偿方案可以实现最大限度的OTHG转换效率提升。（4）结合相干长度的优化定义,分析上述调制模间色散被动补偿变化的非线性色散的相位匹配条件中存在的缺陷,提出并论述了一种直接调制非线性相位失配量提升OTHG转换效率的相位匹配方案。论述了该方案可以利用熔石英微光纤环腔结构提供的非线性正反馈机制实现。数值计算验证了在合理设计的微光纤环腔结构中,这种非线性相位失配调制方案可以实现低阈值、高转换效率的OTHG。最后,结合调制非线性色散和模间色散方案的优缺点,提出了一种可以显著提升OTHG转换效率的级联系统方案,为设计高效OTHG实验奠定了理论基础。本文的研究结果可以完善对三阶参量下转换过程的理论特性认知,为设计高效的中红外激光和三光子纠缠态制备实验有一定帮助。同时,研究结果也可以为其他三阶非线性光学参量过程的相位匹配方案提供一些借鉴。