光场与原子系统之间的相互作用是辐射与物质相互作用中非常重要的问题之一,深入研究光场与原子系统之间的相互作用,以及因此而产生的非线性光学效应,不仅能够理解非线性光学效应产生的微观机理,而且能够揭示更为复杂系统的非线性光学效应的规律。三阶非线性光学极化率的研究在光学频率转换、光学参量振荡与放大、自聚焦、自相位调制等过程中极其重要的理论意义和应用价值。本文用微扰理论和迭代方法研究三能级原子系统的三阶非线性光学极化率。开展了下列工作:第一,建立了原子三能级系统模型,用微扰迭代法求解密度矩阵元的运动方程,得到非对角密度矩阵元的一般表达式。结果表明,非对角密度矩阵元与跃迁偶极矩、横向跃迁率、相关的原子能级以及外界入射光场有关;对于级联跃迁过程,一阶非对角密度矩阵元只有一个非零元素,二阶非对角密度矩阵元也只有一个非零元素,三阶非对角密度矩阵元有两个非零元素。第二,采用解析法,在级联跃迁下,对原子三能级系统求解非对角密度矩阵元的一般表达式,得到入射光场为单色平面波和高斯脉冲两种情况下的非对角三阶密度矩阵元的解析解,讨论了两种入射光场对三阶非线性极化率的影响。结果表明,原子三能级系统三阶非对角密度矩阵元中出现了三倍于入射光场频率的新频率,三阶极化率与入射光场振幅的三次方成正比。当入射光场频率与相关的原子能级之间能量差相等时,出现共振,此时,三阶非线性极化率急剧增大。上述结论与非线性光学原子极化率的经典处理结果相一致。第三,采用数值计算的方法,在级联跃迁下,对原子三能级系统数值求解非对角密度矩阵元的一般表达式,计算了钾原子三能级系统在入射光场为单色平面波时非对角三阶密度矩阵元,讨论了单色平面波入射光场对三阶非线性极化率实部和虚部的影响,即对色散和吸收的影响;在共振情况下,数值计算了钾原子三能级系统在入射光场为高斯脉冲时非对角一阶、二阶、三阶密度矩阵元随时间变化的动力学特性,同时,用傅里叶分析方法研究了原子三能级系统一阶、二阶、三阶非线性极化率所包含的频率成分。结果表明,原子三能级系统三阶密度矩阵元包含了入射光场产生的四波混频的频率成份,一阶、二阶、三阶密度矩阵元的大小分别相差7个和4个数量级。三阶非线性极化率的实部对于入射光脉冲有一定的延时,而虚部与入射光脉冲发生同步变化。图26幅,参考文献80篇