作为最早发现的非线性光学现象之一,非线性频率转换经过几十年的发展,从原理到应用均已不断成熟。非线性频率转换过程中新的相位匹配原理被不断提出和实现。除此之外,随着集成光学、结构光子学及量子光学等领域的不断发展,非线性频率转换在各领域的研究和应用又重新焕发活力,并发挥着不可替代的作用。本篇综述围绕非线性频率转换主题,突出非线性频率转换的新原理、新平台与新应用研究,并以本团队研究成果为基础,介绍相关领域的研究进展,主要分为以下几个方面:非线性界面相位匹配新原理;结构光场非线性谐波调控;铌酸锂薄膜集成非线性光学新平台;单光子频率转换、光量子接口等新应用。

提出了一个利用五粒子团簇态实现的可控量子安全直接通信方案.在这一方案中，首先信息发送者Alice、信息接收者Bob和控制者Charlie共享由Alice制备的一有序序列团簇态作为量子信道；在确定量子信道的安全性以后，Alice制备编码量子态（Bell态）序列，然后通过对自己手中的粒子进行Bell基测量，接着Charlie对自己手中的粒子进行单粒子的测量，就能把信息传送给接收者Bob；最后，Bob测量自己手中的粒子，并通过分析三人的测量结果，从而获得Alice要传送的信息.在我们提出的方案中，携带信息的粒子不需要在公共信道上传输.该文中，我们给出了方案的安全性分析，证明了我们的方案是决定性的和安全的.在未来，我们的方案在以目前的实验技术为基础条件下很可能得到实现.

通过介绍六粒子纠缠态的新应用研究，提出了一个二粒子任意态的信息分离方案.在这个方案中，发送者Alice、控制者Charlie和接受者Bob共享一个六粒子纠缠态，发送者先执行两次Bell基测量;然后控制者执行一次Bell基测量;最后接受者根据发送者和控制者的测量结果，对自己拥有的粒子做适当的幺正变换，从而能够重建要发送的二粒子任意态.这个信息分离方案是决定性的，即成功概率为100%.与使用相同的量子信道进行二粒子任意态的信息分离方案相比，本文提出的方案只需要进行Bell基测量而不需要执行多粒子的联合测量，从而使得这个方案更简单、更容易，并且在目前的实验室技术条件下是能够实现的.

利用连续两次量子隐形传态技术,提出了基于四粒子团簇态的跨中心量子网络身份认证方案, 实现了分布式 量子通信网络中对客户的身份认证。在该方案中,认证系统包括主服务器和客户端服务器,主服务器和客户端服务 器之间通过共享四粒子团簇态为量子信道进行通信,客户所有的操作都在客户端服务器上进行,不直接与主服务器 进行通信。身份认证全部由服务器根据量子力学原理进行,保证了认证方案的安全性。最后,对该方案进行了安全 性分析。

提出一个对二粒子任意态的可控隐形传态方案，利用四粒子团簇态作为量子信道，用EPR态实现控制.首先，发送者向控制者提出申请，控制者再对其拥有的2个粒子做Bell基测量，并把结果通知发送者，实现纠缠交换.然后，发送者对自己手中的四个粒子做适当的幺正变换，接着进行纽曼测量，并把结果通知接受者.接受者根据发送者的测量结果，对自己拥有的粒子做适当的幺正变换，就可以重建发送者的二粒子任意态.方案成功的概率为100%.

通过对五粒子团簇态新应用的研究，提出了一个经济和简单的二粒子任意态的可控隐形传态方案.在这个方案中，发送者（Alice）、控制者（Charlie）和接收者（Bob）共享一个五粒子团簇态，发送者只需要执行Bell基测量，而控制者也仅需要执行单粒子投影测量.接受者根据发送者和控制者的测量结果，对自己拥有的粒子做适当的幺正变换，就可以重建发送者的二粒子任意态.这个可控隐形传态方案是决定性的，成功的概率为100%.与使用相同的量子信道进行二粒子任意态的可控隐形传送方案相比，不需要执行多粒子的联合测量，从而使得这个方案更加简单.

利用量子隐形传态原理和量子纠缠交换技术，提出了基于W态的跨中心量子网络身份认证方案，实现了分布式量子通信网络中对客户的身份认证.该方案分为注册阶段和身份认证阶段，认证系统包括主服务器和客户端服务器.客户所有的操作都在客户端服务器上进行，不直接与主服务器进行通信.身份认证全部由服务器根据量子力学原理进行，保证了认证方案的安全性.最后，对该方案进行了安全性分析.