非线性成像方法因其有望突破传统光学成像系统的衍射极限近年来成为研究热点,其中光学超晶格作为能够局部控制光相位进而调控非线性效应的微结构材料,一直受到重点关注。局域准相位匹配理论是一种利用光学超晶格实现非线性成像的方法,应用十分广泛,但是其实数化和二值化的处理过程同时会带来相位差和次级衍射峰的影响,成像质量不高。为了解决这一问题,本文基于光学超晶格材料,围绕提高非线性成像质量这一应用目标开展了相关研究。首先从全息理论出发,分析了光学超晶格中的非线性极化波,推导了在非线性全息中的波前记录与重建过程;提出利用全息多值编码方法对全息图单元格重新分区,实现了优化的超晶格倍频成像。模拟结果表明,当基波频率为900 nm、目标图片像素200 px×200 px,且光束沿晶体极化方向z轴入射时,可在5000μm和1300μm处可分别实现清晰的双点图案和复杂图案的倍频还原像。紧接着本文又提出了一种迂回编码设计畴结构的方法,通过改变超晶格单元格内开孔大小以及位置来实现对倍频光场振幅相位信息的记录,研究表明,非线性迂回编码成像在焦距值400μm时可实现清晰的双点聚焦以及复杂图案成像。然后横向对比了迂回编码方法和全息多值方法在晶格结构设计以及成像效果上的异同,模拟结果表明,迂回编码方法实现的倍频图像光强度更高,且抑制次级衍射峰的能力更强。同时,定量分析迂回编码方式中除了成像焦距之外的影响因素——元胞精度值以及目标图案位置:当精度值取s=6,并使用中心位置处的目标图案时,所实现的成像效果最佳。