全固态皮秒放大器的平均输出功率易受到增益晶体中自聚焦效应的影响。通过引入补偿元件—砷化镓(GaAs)片可以避免自聚焦效应造成的损伤,关于砷化镓的抑制机理对高峰值功率Nd:YAG晶体皮秒放大器系统的进行理论分析和实验研究。以公式计算得到了GaAs材料的非线性折射率系数，并由数值模拟给出了在抑制自聚焦的最佳效果下GaAs片厚度与Nd : YAG棒长度的关系。在入射皮秒激光束中心波长为1 064 nm、重复频率为1 kHz、峰值功率密度为12 GW/cm2的条件下，进行了不同厚度(200 μm和550 μm)GaAs片对抑制Nd:YAG棒自聚焦损伤的实验研究。通过优化GaAs片的厚度，该补偿方法在高峰值功率皮秒脉冲条件下，特别是对于Nd：YAG放大器显示出较高的效率。

采用共振增强式非线性折射率调制技术实现了非线性放大环形镜锁模掺镱全保偏光纤激光器重复频率的精确锁定。通过在激光器非线性环内加入一个能提供线性相移的非互易性元件，有效减小了锁模脉冲的抽运阈值。进一步优化激光器的锁模抽运功率和控制光纤非线性折射率的抽运功率，可使激光器直接输出的最短脉冲为590 fs，重复频率为20.48 MHz，重复频率峰-峰值的波动范围小于0.4 mHz，相应的标准偏差为0.1 mHz。

实验采用共振增强式非线性折射率调制技术实现了半导体可饱和吸收镜锁模全保偏掺镱光纤激光器重复频率的精确锁定。在掺镱光纤激光器的腔内加入一个980/1064 nm的波分复用器(WDM)和一段掺铒增益光纤，通过反馈控制加载在该掺铒光纤上的976 nm抽运光LD2功率调控掺铒光纤的非线性折射率，进而对激光器的光学腔长实施控制，最终实现重复频率的精确锁定。优化了不同掺铒光纤长度及抽运光初始功率对激光器重复频率控制范围和锁定精度的影响。结果表明：当掺铒光纤长度为1.75 m时，通过调整抽运光功率能够实现180 Hz的重复频率调整范围；而重复频率的锁定精度仅与抽运光的初始功率密切相关，并不受掺铒光纤长度的明显影响。当LD2抽运光强度为18 mW时，重复频率峰-峰值的波动范围小于0.5 mHz,相应的标准偏差为0.16 mHz，输出功率的标准偏差为0.009 mW。此外，通过反馈控制抽运源LD1的强度，并取掉了腔内的掺铒增益光纤及与其相连的WDM，发现由于共振增强非线性和克尔非线性对光纤折射率的叠加，在稳定的单脉冲锁模区间内，重复频率单调变化的范围增加至1 kHz，而锁定精度略有降低。

考虑光子晶体中场局域效应, 在等效介质理论的基础上利用场平均法得到二维三角格光子晶体的等效折射率.该折射率与平面波展开法得到的结果非常吻合.考虑慢光效应对非线性效应的增强, 引入慢光增强因子得到该光子晶体的等效非线性折射率系数.该光子晶体的等效非线性折射率系数表现出强烈的色散效应, 即随归一化频率的增加而逐渐减小, 达到最小值后迅速递增, 体现了场局域效应和慢光效应对光子晶体中非线性效应的共同作用.本文研究对利用人工微结构调控光学非线性效应具有一定参考价值.

为了研究3维拓扑绝缘体碲化铋（Bi2Te3）的非线性光学特性，采用反射z扫描方法，实验测量了800nm飞秒脉冲激光的非线性折射系数。通过理论计算与实验数据拟合获得碲化铋晶体的非线性折射率达到10-14 m2/W数量级，为石英的105倍；随着入射功率的增大，其非线性折射率逐渐减小，在峰值光强达到85GW/cm2后趋于常数不变。结果表明，碲化铋是一种高非线性光学材料，有望应用于全光信号处理、光开关等方面。

基于相位Z扫描技术提出了双臂相位Z扫描技术，在相位Z扫描技术的光路中并联一个相同的光路。与传统的Z 扫描技术相比，相位Z 扫描可区分溶液的三阶非线性折射和瞬态热致非线性，且可实现单脉冲测量，系统灵敏度也要比Z 扫描技术高。以往的方法都不能很好地测量稀溶剂中纯溶质的光学非线性，采用双臂相位Z 扫描技术可极大提高系统测量信噪比，从而可准确地测量出稀溶剂中纯溶质的光学非线性。

利用连续激光z扫描技术研究了两种新型金属有机配合物非线性材料在457nm、488nm和514nm三个激发波长下的热光效应。结合实验曲线和理论公式计算了这两种配合物溶液的热光系数dn/dT和热致非线性折射率n2的值。通过对比研究发现, 材料的热致三阶非线性光学性质依赖于材料的分子结构和激发波长, Cu配合物的热光系数和热致非线性折射率的数值较大, 且受激发波长的变化影响很小, 而Pd配合物的热致非线性随激发波长的增大而减小, 这主要是由两种化合物分子结构的差异导致其吸收光谱分布不同决定的。

提出了一种基于楔形平板等厚干涉原理测量光学玻璃非线性折射率变化的方法。在理论分析的基础上,建立了变形的等厚干涉条纹变化Δe/e与待测玻璃平片(K9玻璃)折射率变化量Δnb之间的数学模型;在选取一定的实验条件下,获得等厚干涉实验测量干涉图样,并利用MATLAB对实验所得的干涉图进行图像数据处理分析计算,恢复出非线性变化光学玻璃材料的折射率变化量Δnb,该方法的测量精度可达10-6。

为了满足光学非线性器件设备对工作材料的要求, 探究具有高阶非线性效应的固态薄膜材料的制备方法, 并对其光学特性进行表征, 采用化学插入法, 将甲基蓝染料分子插入到具有纳米量级的层状钛酸盐片间, 制备了甲基蓝-钛酸盐纳米聚合物薄膜, 通过吸收光谱和荧光光谱的测定, 发现薄膜的吸收峰相对于染料溶液发生了明显的蓝移, 表明染料分子在纳米片间是H-聚集排列。进一步应用单光束连续He-Ne激光Z-扫描技术研究了样品的非线性光学特性, 结果显示：插入染料分子的钛酸盐纳米MB/HTO聚合物薄膜具有“负”的非线性折射率, 在低功率连续激光作用下聚合物薄膜的非线性折射率系数n2的量级为10-10 m2/W。