关于非线性光学的频率转换效率,三阶非线性效应通常小于二阶非线性效应。因此为提高转换效率,可通过级联的二阶非线性效应代替三阶效应。例如：可以利用对基频光场的倍频ω→2ω转换后,再由倍频光与基频光耦合获得和频ω十2ω=3ω以代替直接的三次谐波过程。这便是非线性光学领域近年来备受关注的多级参量过程。在二阶级联非线性光学效应中,由于存在两个耦合系数,故研究两系数间满足何种关系时能实现能量的完全转换便显得尤为重要。本文在基于能量守恒条件和能量完全转换条件的基础上获得了一组耦合参数比的函数,并且描述了这一组函数的形式与特点。利用数值计算验证了这些函数均可获得三次谐波的完全能量输出。利用三能级系统中的受激拉曼绝热通道转移技术(STIRAP)和非线性量子绝热理论,研究了二阶级联非线性光学效应中获得三次谐波能量完全转换的条件,得到了非线性绝热演化条件,为利用光学超晶格方法设计出具有能量完全转换的光学器件提供重要的参考。本文主要内容如下：1.二阶级联过程的提出与发展。2.主要介绍了非线性光学中的一些基本概念和理论,其中包括：耦合波方程,准相位匹配(QPM)技术,利用二阶级联非线性效应产生三次谐波的过程方法,量子力学处理三能态系统的方法,STIRAP转移技术,大信号理论等概念。介绍这些基本理论和方法目的是为后面讨论二阶级联非线性光频转换过程的物理机理做理论铺垫。3.主要研究了由二阶级联非线性效应实现三次谐波产生的物理过程。由耦合波方程可推出能量守恒条件和能量完全转换条件,基于这两个条件,得到一个超越方程。依据这一方程的特点获得了一个重要耦合系数比,当其满足t=0.8858时可以实现三次谐波的完全转换。求解该超越方程获得了耦合系数比的几个函数表达式,并研究了这组函数的特点,且利用数值计算验证了所获得的这组函数均可获得三次谐波的完全能量输出。4.依据STIRAP原理和暗态特征,理论上研究了二阶级联非线性光学效应产生三次谐波中的非线性耦合与能量转移过程。获得了非线性系统中的非线性绝热条件,分析了实现高效能量转换的物理机理,提出了实现能量完全转换时耦合系数应满足的基本条件。最后对耦合系数比分别为常数和函数时能量完全转移的过程给出了很好的物理解释。