本论文主要进行了两方面的研究工作:一方面是应用现代量子化学方法理论研究了一系列有机分子的非线性光学性质,着重研究了双光子吸收截面和溶剂效应;另一方面是采用时域有限差分法与预估校正运算法则数值求解Maxwell-Bloch方程,模拟了超短脉冲激光在有机分子材料中的共振传播过程.主要内容和结果如下. 1.在Hartree-Fock水平上,利用解析响应函数方法,研究了1,4-二甲氧基-2,5-二乙烯基苯系列衍生物分子的单光子和双光子吸收特性.研究结果表明该系列分子具有较强的双光子吸收特性.在低能量范围内,对于D-π-A型分子,分子的单光子吸收强度和双光子吸收截面最大值都发生在分子的第一激发态.对于D-π-D型分子,单光子吸收强度最大值出现在分子的第一激发态,而最大双光子吸收值则对应于分子的第二激发态.分子的单和双光子吸收强度和分子官能团的电性有关.对于由该类π中心部分构成的分子,其对称型不一定比不对称型更有利于提高双光子吸收截面.分子基态与电荷转移态的电荷转移过程从理论上定性地解释了双光子聚合反应的聚合机理. 2.理论计算了溶剂效应对一类可溶于水的联苯乙烯分子的双光子吸收特性的影响.对于对称分子,计算结果表明溶剂极性对分子的结构和单光子吸收的影响很小,但是双光子吸收性质却显示了很强的溶剂效应.并且,单光子吸收和双光子吸收特性对分子的结构十分敏感,双光子吸收强度通过构型扭转会显著减弱.全面的计算说明,对单个分子与溶剂相互作用性质的计算无法解释实验上观测到的溶剂效应.此外,我们还考虑了分子的单光子电子振动光谱,分析了振动模式对吸收谱的影响. 3.在含时密度泛函的水平上应用解析响应函数方法理论计算了一类偶极分子的单体及其两种结构的二聚体的线性和非线性光学特性.用少态模型解释了分子间的双光子吸收性质的关系.量子化学计算结果与Frenkel激子模型的结果进行了比较,我们的计算在不依赖于实验结果的基础上与实验符合得很好. 4.应用时域有限差分法与预估校正运算法则,通过数值求解Maxwell-Bloch方程,模拟了飞秒激光脉冲在DBASVP偶极分子中的共振传播.在光学范围内,该分子只有一个电荷转移态,因此分子可以简化为两能级模型.数值模拟的结果显示,固有偶极矩对脉冲的传播有显著地影响.对于2π脉冲,理想的自感应透明现象消失,出现了明显的二次谐波成分,其原因在于发生了双光子吸收过程.对于6π脉冲,传播中形成了连续谱,连续的高频成分在时域上支持更短的465阿秒脉冲的产生. 5.着重分析了超连续谱的演化,发现脉冲的面积和脉冲的宽度都对超连续谱起到调制的作用.分裂脉冲之间的相干和时间能量的不确定关系决定了连续谱的谱线形状.同时固有偶极矩对连续谱的影响也做了分析. 6.研究了超短脉冲在两能级偶极分子体系中的共振传播的相位依赖性.结果发现,载波的传播和频谱的演化对脉冲的初始相位非常敏感.大面积的脉冲相位依赖性更强.由于分子的固有偶极矩可以增强分子的非线性光学效应,因此,偶极介质中,相位效应更加明显. 本论文共分为十二章,第一章为综述,对非线性光学现象做了简单的介绍,回顾了非线性光学和非线性光学材料的研究进展.并且介绍了超短脉冲激光的发展和应用.在第二章中,介绍了近年来计算分子非线性光学性质常用的几种计算方法,包括态求和方法、少态模型方法、有限场方法以及响应理论方法,以及研究分子的非线性光学性质的溶剂效应时所采用的理论模型.第三章介绍了用以计算分子电子振动光谱的线性耦合模型.第四章详细论述了超短脉冲激光产生的原理与技术和几种重要的非线性光学现象.介绍了著名的面积定理和自感应透明现象.第五章推导了Maxwell-Bloch方程和慢变振幅近似和旋转波近似下的Mabell-B1loh方程.对时域有限差分法与预估校正运算法则做了细致的阐述.从第六章到第十一章是应用上述方法和理论所做的具体的研究工作,主要结果上文中已经提及.最后,总结了论文的主要内容并对所研究领域的发展做了展望,提出了下一步的工作计划.