基于Maxwell方程组构建了描述激光在大气中传播行为的理论模型，并通过求解得到了具有高斯分布特征的激光分布解析解；同时，基于流场控制方程计算了不同马赫数的流场分布特征；在此基础上，通过建立非线性折射率模型，考虑流场密度、温度、组分以及压力的影响，研究了各因素对激光折射率的影响规律；最后，基于激光电场分布特征、流场分布特征以及比尔定律，建立了描述激光在高速流场中的能量衰减模型，揭示了高速流场对激光折射和衰减的影响规律。

采用化学气相沉积法制备了直立生长的SnS₂（V-SnS₂）薄膜，并使用自主搭建的Z扫描系统研究了V-SnS₂的三阶非线性光学响应。结果表明，由于S空位的存在使得V-SnS₂薄膜表现出明显的饱和吸收响应，且非线性吸收系数（β）随着泵浦功率的增加而减少。分析发现，其β的最大值为6 cm/GW，调制深度（ΔM）为50%。同时，通过闭口Z扫描技术测量发现V-SnS₂薄膜的n₂比Si和GaAs大一个数量级，且n₂随着泵浦功率的增加而减少，基于自由载流子的非线性理论分析表明这与材料中的自由载流子和束缚电子密切相关。本文研究证明V-SnS₂在全光开关、激光调Q等非线性光电子器件的设计与制造方面有潜在的应用。

CdTe核壳结构半导体量子点具有特殊的非线性光学和超快动力学特性，使其在太阳能电池、光电子器件、生物标记和光纤传感领域有着广泛的应用前景。主要研究了6种不同核心尺寸、不同壳层厚度CdTe/CdS核壳结构半导体量子点的非线性光学和超快动力学特性。在波长400 nm、脉冲宽度130 fs激光脉冲作用下采用Z-Scan技术测量了样品的非线性吸收和非线性折射系数。实验结果表明，CdTe/CdS核壳结构量子点的壳层厚度影响非线性吸收和非线性折射特性，非线性吸收和非线性折射系数均随壳层厚度增加而增大。核心尺寸主要影响非线性吸收特性，非线性吸收系数随核心尺寸的增大而减小。在波长400 nm、脉冲宽度130 fs、频率1 kHz、单脉冲能量400 nJ条件下采用飞秒时间分辨瞬态吸收光谱技术测量了样品的超快动力学特性，得到了瞬态吸收光谱和超快动力学曲线。结果表明漂白信号上升过程时间随壳层厚度的增加而变大。快过程衰减时间随着壳层厚度的增加而变大，同时随着核心尺寸增加而增长；慢过程衰减时间随着壳层厚度的增加而变大。研究揭示了CdTe核壳结构量子点的核心尺寸、壳层厚度对非线性光学和超快动力学的影响规律，为核壳结构量子点的制备和光物理特性研究提供了理论基础。

具有偏振结构分布的强激光与非线性光学材料相互作用导致了多种新颖的非线性光学效应，反映了材料的非线性光学特性，调制了光场的传播行为。笔者概述了矢量光场激发三阶非线性光学效应的研究进展。首先简要介绍了任意偏振光激发三阶非线性光学效应的理论，如非线性薛定谔方程、光束传播方程、各向同性和各向异性三阶非线性光学系数。也简要介绍了表征三阶非线性光学系数的 Z-扫描技术。在弱聚焦条件下，给出了诸如径向偏振光、杂化偏振光和柠檬型庞加莱光束这三种类型矢量光场的焦场表达式。其次，重点回顾了多种矢量光场激发的各向同性/各向异性三阶非线性光学效应，包括径向偏振光激发的各向异性非线性光学效应、杂化偏振光激发的各向同性和各向异性非线性光学效应、柠檬型庞加莱光束激发的各向同性/各向异性非线性光学效应。最后，简要讨论了矢量光场在非线性偏振旋转、光束整形、可控光场塌缩与成丝和光限幅方面的应用。