双光子吸收即介质通过一个中间虚态同时吸收两个光子的过程。目双光子吸收的概念被提出以来,作为一种非常重要的非线性光学现象,双光子吸收一直受到科学家们的关注。由于其潜在的多方面的实际应用价值,如上转换激光器,光限幅器,双光子荧光成像,三维光信息存储等,迫使科学家们不断探索寻求具有强双光子吸收性能的新材料。自上世纪的中后期以来,具有强双光子吸收性质的有机材料先后被各研究小组发现。在研究这些有机材料分子的结构与其双光子吸收性能关系的过程中,不断总结经验,已经获得了一些具有重要价值的设计强双光子吸收材料分子的指导思想。在这些思想的指导下,双光子吸收材料分子的结构不断得以优化,双光子吸收性能不断得以提高。作为一种应用前景非常广泛的非线性光电子材料,具有强双光子吸收性能的新材料可能是今后一段时期内新材料探索领域内的研究热点之一。 双光子吸收材料的实验测试和理论计算是双光子吸收材料性能表征的重要手段,它们不仅可以区分不同材料间双光子吸收性能的差异,而且还可以从内在机制方面揭示材料具有强双光子吸收性能的根本原因,从而为设计合成性能更加优越的新材料提供一定的指导作用。我们研究组在探索强双光子吸收材料的过程中,先后成功合成了吡啶盐类强双光子吸收染料、有机硼化合物和有机金属配合物等一系列强双光子吸收材料。这些材料中既有对传统双光子吸收材料的继承和发展,又有自己独特的研究体系。本文以吡啶盐类强双光子吸收染料、有机硼化合物和有机金属配合物为研究对象,比较系统地研究了它们的双光子性能与结构的关系。虽然对吡啶盐类双光子吸收染料已有较多的研究,但并不系统,本论文系统研究了吡啶盐系列染料的结构对其线性吸收谱、单光子荧光谱和上转换效率的影响,用非线性透过率和z-scan的方法测试了该系列化合物的双光子吸收截面。这在一定程度上丰富和发展了前人在该方向上的研究成果。有机硼化合物是我们合成的一类新型的双光子吸收材料,本文针对含硼化合物本身的结构特点,采用实验测试和理论计算相结合的方法对含硼化合物的单双光子吸收和辐射性能进行了系统研究,分析了化合物的结构与性能的关系。研究结果对设计合成具有强双光子吸收性能的更为优越的含硼化合物具有