通过求解无限质量边界条件下石墨烯量子盘(GQDs)电子狄拉克方程，获得了电子能带结构，在此基础上理论研究了石墨烯量子盘的双光子吸收(TPA)性质，得到了任意尺寸分布函数下导带内电子跃迁引起的双光子吸收系数的解析表达式，及双光子跃迁选择定则。研究结果表明，双光子吸收系数的峰值比传统的半导体量子点的大8个数量级左右，石墨烯量子盘的能谱和双光子吸收谱可以通过石墨烯量子点的尺寸、尺寸分布函数和电子的弛豫能来调控。

根据麦克斯韦方程，结合超快激光脉冲的瞬态特性，在忽略色散的影响下，推导并得出了三阶非线性各向同性系统中以光强表示的非线性吸收偏微分方程。以高斯脉冲激光为例，给出了该方程的一个近似解。基于该近似解的非线性透射率，不仅与脉冲激光的峰值强度、样品厚度以及介质的双光子吸收系数有关，而且还与描述脉冲主要特性的物理量——激光脉冲半峰全宽以及激发光的频率有关。数值拟合Rhodamine等物质的非线性透射率的实验曲线的结果显示，基于超短脉冲瞬态特性的非线性透射率得出的介质双光子吸收系数大于传统非线性透射率参考公式给出的相应结果，与双光子诱导荧光法的结果基本吻合。

实验研究了具有pn结结构的碲镉汞光电二极管的双光子吸收.激发光源采用了皮秒红外脉冲激光.尽管入射光子能量仅为碲镉汞材料带隙的60%左右, 在光电二极管两电极端仍然观察到了显著的光伏响应信号.利用线性关系拟合双对数坐标系下光伏响应与入射光强的关系, 发现两者呈现二次幂函数增强趋势, 表明这种光伏响应是一种典型的双光子吸收过程.通过调节光电二极管两端的反向偏压, 空间电荷区内的双光子吸收系数可比耗尽层外的强致130倍, 这种双光子吸收系数的场致增强现象可归因为双光子吸收的FK效应所致.对比空间电荷区内外双光子吸收产生的光生载流子数量, 证实空间电荷区内的双光子吸收会强烈地影响器件的光伏响应.

在测量非线性折射率和双光子吸收系数的频率分辨双光束耦合抽运 探测技术中，光场的空间分布没有得到考虑。研究了入射飞秒光脉冲的空间分布对实验结果的影响。对不同部位的探测光进行测量可以得到完全不同的结果，用所发展的理论给出了解释。通过数值拟合获得了磷化镓(GaP)在飞秒激光脉冲作用下的非线性折射率和双光子吸收系数。进一步可能从实验上主动选择适当的空间滤波来获得频率 空间分辨信号。