携带轨道角动量(Orbital angular momentum，OAM)光束因其独特的螺旋波前分布,在光通信、量子技术、光学微操控等诸多领域具有重要的应用前景。携带OAM光束的产生和调控,可以通过线性和非线性两种手段。通过非线性频率转换,可以进一步拓展此类光束的工作波段范围;同时,基频光携带的OAM会通过非线性相互作用转移至谐波。前期的相关研究工作中,普遍认为OAM在非线性频率转换过程中遵循守恒规律。我们的研究工作表明,非线性过程的OAM转移规律会受到相位匹配机制的调控。在本文中,我们围绕一维光学超晶格中几种非共线的倍频过程,以及角向极化超晶格中的倍频,从理论和实验两方面研究了OAM在倍频过程中的转移规律,具体包括:1、绪论部分,主要回顾了携带轨道角动量光束以及非线性光学的研究和发展历程;。介绍了涡旋光的基本性质、准相位匹配技术的基本原理。并介绍了携带OAM的光束在非线性频率转换过程中轨道角动量的转移规律。2、第二章中首先介绍Laguerre-Gaussian(LG)光束的数学形式,阐述了携带OAM的光束的光场特性,以及线性产生和调制的方法。接着从耦合波方程出发,描述了携带OAM的光束在非线性过程中不仅需要遵循能量、动量守恒,其轨道角动量也需要保持守恒。此外,还介绍了携带OAM光束拓扑荷数的测量方法。3、第三章介绍了携带OAM的光束在非共线倍频过程中的轨道角动量的转移规律。我们通过求解格林函数,建立了携带OAM光束在非共线倍频过程中的理论处理方法。在实验上,我们在一维周期极化光学超晶格中,基于几种重要的相位匹配机制(共线倍频、非线性布拉格衍射、非线性拉曼-奈斯衍射等),研究了相位匹配对OAM转移的调控机制。实验结果和理论预期保持一致。4、第四章,我们对非线性角衍射中轨道角动量的转移规律进行了初步的研究。类比线性的角光栅,我们研究了二阶非线性系数x2在角向受到调制的非线性相位光栅中倍频光的OAM谱分布。初步的理论和实验研究表明倍频衍射场的OAM谱不仅和入射光的轨道角动量相关,还与x2的角向极化周期相关。