利用非线性共轭梯度算法设计了无周期光学超晶格结构, 研究了文献[12]提出的误差函数在该结构中的适用性.研究结果表明：误差函数能够很好地适用于无周期光学超晶格结构, 且该结构比文献[12]中所用的非周期光学超晶格更具有一般性; 当u′2(xn)和n保持很好的线性关系时, 无周期光学超晶格结构中计算所得的误差函数曲线与文献[12]中的误差函数曲线几乎是重合的, 说明了在无周期光学超晶格中达到了很好的准相位匹配.通过在样品中引入随机误差进一步研究了相位失配情况下误差函数在无周期光学超晶格结构中的适用性, 结果表明：相位失配时无周期光学超晶格结构中计算所得的误差函数曲线与标准曲线是有偏离的, 且相位失配程度越大, 偏离也越大; 对于一些误差函数曲线与标准曲线偏离不大的情况, 误差函数仍可近似地用来估计无泵浦损耗近似的适用范围.

利用非线性共轭梯度算法(NCG)设计了无周期光学超晶格(NOS)，在该结构中实现了高转换效率的耦合三次谐波(CTHG)。相对于传统的模拟退火算法(SA)所设计的非周期光学超晶格(AOS)，无论单波长还是多波长的CTHG，利用NCG算法所设计的NOS结构可以得到更高的转换效率。这是因为在无周期光学超晶格结构中每层畴的宽度的选取是任意的，通过NCG算法对每层畴宽度进行优化，可以达到更好的准相位匹配(QPM)。计算了转换效率随光波传播距离的变化情况，结果表明转换效率随光波传播距离的增加而增大，这说明每层畴对转换效率的贡献是积极的，所设计的样品达到了准相位匹配。

为获得尽可能大的差频转换效率，基于准周期极化铌酸锂(QPPLN)光学超晶格，提出了级联电光和差频理论，用于高效的差频转换。其方法是沿QPPLN光学超晶格的y方向施加一个外加电场，用来控制能量在抽运光、信号光、o偏振的差频光和e偏振的差频光四个光波之间的转移。计算结果表明，在一个100 ℃，40 mm长的QPPLN光学超晶格中，当1550 nm信号光与1064 nm抽运光光强比值r<0.324时，对光强超过特定值的任意抽运光都可以通过施加一个适当的外加电场将抽运光完全转化为1550 nm信号光和3393.4 nm 差频光；当r≥0.324，只当抽运光光强落在一定范围内时，才可以通过施加外加电场使抽运光完全转化为信号光和差频光；超过该范围，外加电场不能增加差频光转换效率。计算结果还表明，电光调制差频转换效率对温度和畴构造误差都不敏感。

为了提高二次谐波产生转换效率，本文提出将一维周期光学超晶格两端贴上未被极化的厚度可以改变的非线性介质层，通过调整附加介质层的厚度来调制基频波的场，从而观察二次谐波产生转换效率的变化情况.结果表明:基频波场可以很大程度地调制二次谐波产生;随着能量的增加，二次谐波产生转换效率增加，随着能量的减小，二次谐波产生转换效率减小;当达到透射共振(透射率等于1)时，转换效率最大，此时相对于传统样品(将光学超晶格置于无限大的非线性背景中)，二次谐波产生转换效率最多可以提高到1.5倍左右；而相对于实际样品(将光学超晶格置于空气中)，二次谐波产生转换效率最多可以提高到3.3倍.因此可以得到结论：透射共振对二次谐波产生有增强的作用，可以很大程度上提高其转换效率.