激光的非线性频率转换是非线性光学的重要研究内容。准相位匹配技术通过对非线性晶体的二阶非线性系数进行周期调制,来满足相位匹配条件,从而实现多种高效率的非线性光学过程,大大拓宽了现有激光器的工作波段范围。具有特殊光场分布的结构光束近些年来是国际上一大研究热点。其中,Laguerre-Gaussian(LG)光束具有螺旋结构的波前,中空的强度分布,且是一组完备正交基。由于LG光束的上述性质,其可以用于粒子囚禁、超分辨成像、大容量光通讯、量子信息等领域。本文结合激光的非线性频率转换和携带轨道角动量光束两个研究热点,在三倍频过程中,利用光子的偏振和轨道角动量两个自由度,通过超晶格微结构的设计,实现入射光的三倍频过程,并对三倍频光的轨道角动量进行了调控。本文的主要内容包括以下几个方面:1.绪论部分,介绍双折射相位匹配和准相位匹配两类匹配方式,以及基于准相位匹配技术的光学超晶格的基本概念。此外,还介绍了光子轨道角动量的起源和携带轨道角动量光束非线性频率转换方面的研究背景。2.第二章主要介绍光子轨道角动量的基本理论,包括携带轨道角动量光束(也称为涡旋光束)的强度与相位分布等基本特性,并推导了轨道角动量的大小;介绍产生和检测光子携带轨道角动量的几种常用方法;携带轨道角动量光束在微操控、光通讯、量子信息和精密测量等领域内的应用。3.在第三章,我们设计了在三倍频过程中控制光子轨道角动量的方案:通过输入水平偏振的涡旋控制光,与竖直偏振的高斯基波光,进行Type-0类倍频和Type-II类和频,两个级联的二阶非线性过程,实现对三倍频过程中的光子轨道角动量的调控。针对需要实现的级联非线性过程,我们比较了准周期结构光学超晶格和级联扇形周期结构的光学超晶格,确定了优化的超晶格结构设计方案。我们还从Maxwell方程组出发,求解非线性过程的耦合波方程组,从理论上证明了提出的方案是可行的。4.在第四章我们对设计的方案进行了实验验证。实验中所用的样品是一块室温电场极化技术制备的级联扇形周期结构的钽酸锂光学超晶格,入射基波光包括了频率相同,偏振和轨道角动量不同的两束1342nm近红外光。实验中我们观察到三倍频光携带的轨道角动量与入射的LG光束携带的轨道角动量相同,证明了设计的方案是有效的。此外,我们还对倍频,三倍频温度调谐曲线,三倍频转换效率,三倍频光的光斑,及其携带的轨道角动量大小进行了详细研究,实验结果与理论预期一致。