在电光取样技术和高速光通信系统中，对1.31μm和1.55μm波长的超短激光脉冲的测量日益显得重要。而砷化镓（GaAs）晶体是光电子学领域重要的半导体材料，其禁带宽度为1.43ev，对应的双光子响应的波长范围是0.88-1.73μm，正好覆盖了高速光电子学以及光通信领域里常用的1.31μm和1.55μm这两个重要的波长。所以GaAs双光子响应探测器将在光电子学和光通信领域发挥重要作用。本文阐述了双光子响应中的双光子吸收、倍频吸收和场致倍频吸收理论。设计了基于GaAs材料的探测器的电极结构，通过ANSYS有限元软件对不同电极结构的静电场进行了模拟，初步建立了电场分布模型，清楚地看出电场的分布情况，模拟结果显示针状电极在双光子响应敏感区将产生最强电场。而场致倍频吸收强烈依赖于直流电场，因此这将有利于我们开展实验研究工作。在表面电场的作用下，GaAs晶体表面的对称性被破坏了，通过理论分析，我们得出了GaAs晶体二阶非线性极化率张量的改变，其对称性由43m点群降为mm2点群。研究了两种铝电极结构的掺铬的半绝缘GaAs探测器在1.56μm激光照射下非线性响应特性。在外加偏压一定时，测得光电流随入射光功率呈二次方关系；当光功率一定时，测得的光电流随外加偏压变化也呈二次方关系。这说明探测器的光电流产生机理主要是GaAs样品对1.56μm的光产生了倍频吸收。对实验结果进行深入的理论分析表明，由表面电场和外加直流电场而诱导的场致倍频吸对GaAs固有的倍频吸收有很大影响。另外，在外加偏压一定的条件下，样品的非线性光响应敏感区的电极在不同极性的偏压下，探测器光电流大小的变化规律和暗电流大小的变化规律正好相反。具体来说，对于半球形GaAs样品而言，在大小相同的偏压下，当中心电极加负偏压时，样品底面中心附近的外加电场的方向和样品表面电场方向相同，造成耗尽层变宽，耗尽层中的电场增强，此时样品的等效电阻变大，光电流变大而暗电流变小。反之，当中心电极加正偏压时，外加电场的方向和样品表面电场方向相反，造成耗尽层变窄，耗尽层中的电场减弱，此时样品的等效电阻变小，光电流变小暗电流变大。我们从表面能带弯曲和表面电场理论完美地解释上述实验研究结果。