目前,实验和理论上的非线性光学系数的表征,主要在静态第一超极化率(β(0)),或者像和频(SFG)、光学整流(OR)、二次谐波产生(SHG)等某一具体外场下单一物理过程的响应。二维非线性光学光谱的研究主要集中在基于三阶非线性光学性质的简并四波混频的二维电子光谱或多维非线性光谱。受二维核磁共振波谱的启发,产生了二维非线性光谱。在两个连续变化的外场下,通过对体系二阶非线性光学响应的扫描,得到包含外场下体系的所有二阶非线性光学性质的光谱图。从二维二阶谱图中,可以得到体系的在具体外场下的某一个具体物理过程的非线性光学响应信息,从而更全面的了解体系对外场的二阶非线性光学响应信息。现有的激光光源一般是单一频率的,获得外场频率连续变化的激光光源很困难的。受激光光源的限制,实验上很难得到外场连续变化的二维二阶非线性光学性质的光谱图。因此,可以通过理论计算对体系的二维二阶非线性光学性质进行扫描式的研究。采用理论模拟的方法对材料的二维二阶非线性光学性质进行预测,为实验提供一定的建议,并将会很大程度上节省人力物力。本论文主要由两部分组成。第一部分(第三章)研究电子推拉D-π-A分子的二维二阶非线性光学性质。第二部分(第四章)将D-π-A型分子组装到(7,5)碳纳米管中,研究纳米管和D-π-A型分子相互作用对组合体的第一超极化率的影响。第三章,基于D-π-A分子优良的二阶非线性响应性能,通过对D-π-A分子的非线性光学响应过程,电荷分布,二能级三能级贡献,轨道跃迁的分析,精确分析了D-π-A分子的结构和第一超极化率的关系,提出了改善D-π-A二阶非线性光学响应的方法。第四章,已有的文献报道管内装有偶极小分子的碳纳米管结构具有极强的二阶非线性光学响应。然而仅仅是头尾相连的偶极分子不足以达到如此强的二阶非线性光学响应。通过对所研究的分子体系进行响应过程,电荷分布,二能级三能级贡献,以及轨道跃迁分析,研究纳米管在具体的二阶非线性光学响应中所起的作用,初步得到的结论是管内偶极分子将纳米管极化,被极化的纳米管发生电荷长程转移的跃迁,使得内部有偶极小分子的组合体有极强的β(0)。