以铌酸锂为代表的铁电晶体,因其独特的铁电特性以及较高的非线性系数,逐渐成为了非线性光学领域所研究的重要材料之一。通过提拉法、外加电场极化法、飞秒激光直写等加工技术,可以控制铌酸锂晶体中的自发极化方向,从而形成周期极化、图案极化等特殊的畴结构。结合准相位匹配、非线性光学衍射、非线性体全息等理论,研究者可以灵活地对畴工程铌酸锂晶体中发生的非线性过程进行调控,从而实现多维度的光束操控。基于此,大量的畴工程铌酸锂功能器件应运而生。在此基础上,本文主要发展了一套厚度为300-350μm左右的自支撑、图案极化掺镁铌酸锂晶体的加工工艺;同时,结合非线性衍射理论,提出并实验验证了一种多拓扑荷近红外轨道角动量的可视化检测方案。具体包括以下两个部分:1.回顾了以铌酸锂为代表的铁电晶体独特的非线性光学特性,以及其在非线性光束整形领域中的应用。重点讨论了当基频光、和频光、以及畴工程铁电晶体所提供的倒格矢不共线时,所产生的三种不同的非线性衍射过程。随后,介绍了铌酸锂的结构特性与极化原理,以及目前最常见的铌酸锂极化方案—外加电场极化法的工艺原理与流程。最后,针对目前外加电场极化法存在的工艺缺陷,提出并发展了一套300-350μm厚图案极化掺镁铌酸锂的加工方案,介绍了其具体工艺细节及其在非线性光学领域中的应用前景。2.介绍了近红外轨道角动量在光通讯领域的应用前景,以及目前存在的几种探测方案所存在的不足。随后,重点研究了图案极化铌酸锂器件在近红外轨道角动量可视化检测方向的应用。通过非线性衍射等理论与算法优化,设计并制造了一种非线性达曼涡旋光栅,可以使近红外基频光入射后产生特定的能量分布的倍频可见涡旋光阵列。当待检测的近红外涡旋光垂直入射该结构时,特定衍射级次的倍频光会被还原成高斯光,从而被可见光探测器所识别。最后,通过实验验证了这套方案对单阶涡旋光、混合态多阶涡旋光进行检测的可行性,证明了这是一种宽波段近红外轨道角动量的可视化检测方案。