近年来光学超晶格(又称准相位匹配材料)的研究取得了很大进展。一方面，光学超晶格已经走出实验室，开始进军产业界，广泛应用于产生不同频率的激光，研制出各种类型的激光器。另一方面，随着人们对光学超晶格研究的深入，新的物理效应层出不穷，不断开创出新的研究课题。 本论文系统地研究了二维光学超晶格中准相位匹配耦合参量过程，重点报道了在光学超晶格尤其是二维光学超晶格中发现的若干新效应，在此基础上探讨了这些新效应在非线性光学和量子光学中的可能应用。主要涉及以下几个方面的研究内容： 1、将光学超晶格的理论研究从一维扩展到二维，建立了二维光学超晶格中的耦合波标量方程，探讨了非共线准相位匹配过程的基本特性。实验研究了二维六角极化的钽酸锂超晶格中的基本参量过程，如倍频、参量下转换以级各种级联参量过程。通过对这些基本参量过程的研究，为今后基于二维超晶格的各种原型器件的研制奠定了基础。 2、发现了光学超晶格中锥形的二次谐波光束，这种锥形光束产生于入射光与它的弹性散射光在准相位匹配条件下的和频效应。利用这种效应可将晶体内的近红外弹性散射光转换到可见光波段，并测出弹性散射光在晶体内的空间分布。这一原理可以用来制备锥形激光光束，以及其他各种空间分布的非线性衍射花样。 3、介质中的本征元激发能与电磁波耦合形成极化激元，导致拉曼散射斯托克斯和反斯托克斯信号的产生。我们研究了光学超晶格中拉曼散射的准相位匹配增强效应。实验发现极化激元拉曼散射信号被增强了5～6个量级，高阶(最高达11阶)拉曼散射也达到可探测的强度，形成频率间隔可调的梳形拉曼光谱。这一结果可用于研制新型拉曼激光器并可推广到用于研究晶体中具有电磁特征的其他类型元激发。 4、研究了光学超晶格中EPR双光子对的产生及其时、空关联特性。结果证明通过准相位的参量下转化过程产生的EPR光子对表现出很好的非经典的时间(能量)关联特性和非经典的空间(动量)关联特性。由于超晶格提供的倒格矢能够参与EPR光子对的产生，因而可以通过超晶格中微结构的设计，调控纠缠光子对的空间和时间关联特性，开拓光子纠缠研究的新领域。 5、理论研究了光学超晶格中的几种特异双光子态，包括纠缠转移双光子态、横向调制双光子态及高维的路径纠缠双光子态。研究表明：和频过程能够高保真的转移量子信息，并且如果利用纠缠转移后的纠缠双光子对做光刻光源，其分辨率是经典光刻的4倍。利用超晶格还能够产生空间调制的双光子态及各种高维双光子态。 6、理论研究了光学超晶格中产生EPR三光子对的关联特性，探讨了利用光学超晶格实现EPR三光子对的几种技术途径。重点研究利用参量自倍频过程产生的EPR三光子对的时空关联特性。从EPR两光子到EPR三光子不是一个简单的推广，其涵盖的物理意义有新的扩充，将在量子成像和量子光刻领域有新的应用。