本文主要研究了新型二苯乙烯衍生物的分子设计、合成与多光子吸收的性质，以及作为非线性光学材料在双光子聚合及三维微器件加工、双光子光漂白及三维数据光存储和三光子吸收光限幅等方面的应用，主要内容如下： 1.设计、合成并表征了系列新型二苯乙烯衍生物4，4-双(二苯氨基-反式-苯乙烯基)联苯(BPSBP)、4，4-双(二乙氨基-反式-苯乙烯基)联苯(BESBP)和4，4-双(9-咔唑基-反式-苯乙烯基)联苯(BCSBP)。用溶致变色的方法研究了该系列生色团的单光子吸收和荧光光谱性质，揭示了在激发态时分子内扭曲的对称电荷转移的本质，有利于电荷在共轭体系中的离域，并用Lippert方程计算发现分子从基态到激发态的跃迁过程中有较大的偶极矩变化。双光子荧光光谱显示单光子和双光子吸收尽管在受激跃迁时的激发过程和选择定则不同，但发射具有相同的机理。荧光强度与激发光强之间的二次方关系表明该过程中的荧光发射是由双光子吸收引起的。双光子吸收截面(σ2)的测量采用双光子诱导的上转换荧光法，实验发现在800nm飞秒激光的泵浦下三种双光子生色团具有较大的吸收截面，对于BPSBP、BESBP和BCSBP分别为892、617和483GM，意味着它们在双光子吸收领域有潜在的应用价值。 2.将合成的三种二苯乙烯衍生物作为双光子引发剂引发季戊四醇三丙烯酸酯单体进行双光子聚合，研究了双光子引发剂浓度对聚合引发阈值、聚合极限阈值和聚合能量窗口的影响，并比较了三种双光子引发剂引发聚合的能力。获得最小的双光子聚合引发阈值为1.7×105mJ/cm2，远低于使用紫外光引发剂进行双光子加工的材料。研究发现降低双光子引发剂浓度、激发光强和曝光时间有利于分辨率的提高，而提高双光子引发剂浓度、激发光强和曝光时间得到的聚合线条尺寸较大。综合影响聚合分辨率、系统加工效率和微器件表面质量的因素，在优化的双光子聚合及加工条件下成功制作出了亚微米级的微齿轮和周期微结构等三维微器件并用电镜进行了表征，并初步探讨了双光子引发聚合的机理。 3.利用双光子生色团在飞秒激光下的双光子光漂白现象，以漂白前后两个不同的稳定状态作为数据位0和1，在掺杂有三种二苯乙烯衍生物的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚合物薄膜内进行了多层数据光存储，理论最大存储密度可达14Gbits/cm3。比较了三种生色团的双光子漂白能力，较大的双光子吸收截面有助于在较低的激发功率下实现光漂白，并分析了激发功率对双光子荧光行为的影响。双光子漂白光存储的特性表明曝光时间一定时，降低激发功率可以提高分辨率；激发功率不变，降低曝光时间也可以提高分辨率，但要提高存储速度，须用较大的激发功率。所以我们采用较大的激发功率的激发功率和较短的曝光时间，分别用双光子写入、双光子读出方法和双光子写入、单光子读出方法在BPSBP掺杂PMMA薄膜内部实现了多层三维双光子漂白信息存储。双光子光漂白速率对激发功率的三次方的依赖关系研究表明，双光子光漂白的机理涉及到三个光子的共同作用。 4.研究了三种二苯乙烯衍生物在三氯甲烷溶液中的非线性吸收引起的光限幅效应，并根据三光子吸收理论和光限幅曲线拟合出了三种二苯乙烯衍生物的三光子吸收截面，发现BPSBP、BESBP和BCSBP对1064nm处的脉冲光源具有较大的三光子吸收截面，其值分别为2.17，2.08和5.10×10-74cm6s2。分析了三光子荧光的光谱性质和对入射光强的三次方依赖关系，利用关系式y=a+bxn的拟合确定三光子荧光强度依赖于入射光强2.88±0.11次方，表明溶液的非线性吸收主要来源于三光子吸收。