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随着信息技术的发展,人们对网络信息容量和电子计算机速率的要求不断提高,因而对实现全光网络具有决定性作用的非线性光学材料引起研究领域的广泛关注。本文主要对导电聚合物聚（3-己基噻吩）（P3HT）的非线性光学性能进行研究。通过非线性开孔Z-scan测试了解P3HT的非线性光学性能,进一步发现P3HT溶液和薄膜表现出不同的非线性光学特征。进一步通过泵浦探测探究P3HT分子的激发和弛豫过程,从分子超快动力学方面解释P3HT薄膜和溶液呈现不同非线性光学行为。在此基础上将石墨烯碳纳米材料通过物理混合和化学键合的方式与P3HT复合,研究石墨烯碳纳米材料的加入对P3HT非线性光学性能的影响,论文主要结构如下:第一部分主要研究P3HT溶液状态下的非线性光学性能。研究发现在532 nm波长下,P3HT溶液样品的非线性吸收在皮秒和纳秒激光下显示出不同的现象:P3HT溶液样品的非线性开孔Z-scan在纳秒激光下呈现反饱和吸收,而在皮秒激光下呈现饱和吸收。此外随皮秒激光能量增大,P3HT溶液样品的非线性吸收呈现由饱和吸收向反饱和吸收转变。针对这一转变现象,论文又进一步通过泵浦探测和瞬态荧光衰变寿命实验,探讨上述现象产生的原因,并提出P3HT溶液状态下单光子诱导下激发态双光子吸收的四能级模型。第二部分研究P3HT薄膜状态下的非线性光学性能。在532 nm波长下,对P3HT薄膜和溶液的非线性开孔Z-scan测试结果研究表明,在纳秒脉冲激光下,P3HT薄膜呈现非线性饱和吸收,而P3HT溶液呈现非线性反饱和吸收;在皮秒脉冲激光下,两种样品均呈现非线性饱和吸收。通过泵浦探测实验的进一步研究,发现薄膜与溶液状态下的P3HT是两种不同的激发与弛豫过程:对比P3HT溶液的驰豫过程,P3HT薄膜的回复过程中存在一个透过率突然增大的点将驰豫过程分为前后两部分。进而通过P3HT薄膜瞬态荧光衰变寿命的测试并采用e指数拟合,结果显示其满足双指数拟合且衰变过程对应两个时间;而P3HT溶液的瞬态荧光衰变满足单指数拟合且对应只有一个回复回复时间,该结果与泵浦探测实验结果一致。针对薄膜与溶液样品性能存在的差异,配制CHCl3与无水乙醇的混合溶剂,通过调控无水乙醇的体积比模拟P3HT溶液到薄膜状态的转变过程,研究不同析出程度下P3HT的性能变化。紫外-可见吸收、荧光及Z-scan等结果表明,P3HT分子链间距、分子作用力和排列堆砌方式均对P3HT非线性光学性能有明显影响。第三部分主要是论文在对P3HT非线性光学性能详细了解的前提下,又着重研究了石墨烯（GR）碳纳米材料对P3HT非线性光学性能的影响。将GR与P3HT通过物理共混和化学接枝得到复合物分别为GR-P3HT和GO@P3HT。非线性开孔Z-scan测试结果表明,GR能显著改变P3HT的非线性光学性能。主要体现在以下几个方面:相较于P3HT溶液样品瞬态荧光衰变寿命曲线,通过接枝得到的复合物GO@P3HT的瞬态荧光衰变寿命比P3HT溶液的更短。皮秒Z-scan测试结果中GO@P3HT和P3HT溶液均表现出饱和吸收。泵浦探测结果中复合产物GO@P3HT负延迟阶段的透过率大于归一化透过率,与P3HT溶液样品负延迟阶段的透过率相反。