双光子吸收作为一种非线性光学现象，是指介质同时吸收两个光子而跃迁到高能级。双光子吸收材料在光限幅，三维光信息存储，双光子显微成像和光动力疗法等方面都显示出变革性的应用潜力。设计和合成具有更优异性能的双光子吸收材料是实际应用的前提和基础，也是目前国际上的研究热点之一。本论文通过实验方法对多个系列的有机发色团的单光子吸收谱、双光子吸收谱、荧光发射谱和荧光衰减谱等进行了测量，并结合Gaussian03软件进行了量子化学理论计算，给出了关于分子几何结构和轨道能级分布的相关结果。分析了取代基团对材料的双光子吸收性质以及上转换荧光发射的影响。得到的主要结论包括:　　1、通过对不同电负性基团侧向修饰的对苯乙烯衍生物的研究，发现电负性的基团降低了分子HOMO-LUMO的能量差、影响了分子中电子的分布、从而有效扩大分子内电子离域的范围，增强分子整体推拉电子的能力，增强了分子双光子吸收的性质。　　2、通过对不同长度的对苯乙烯共轭π链的研究，发现共轭链的链长增加将破坏分子共轭体系的平面性，造成分子内电子离域的困难，降低分子的双光子吸收截面。　　3、通过变换共轭π中心两端的推拉电子基团，合成了染料4-溴-1，8-萘二甲酸酐(M0)的衍生物(M2)，M0无双光子吸收现象，M2具有明显的双光子吸收特性。　　4、研究表明:并非所有具有A-π-A、D-π-D或D-π-A结构的分子都有明显的双光子吸收特性。提出:只有那些在激发过程中能有效地扩大共轭π中心的电子离域范围、有利于分子内电荷转移的基团，才能改善分子的双光子吸收特性。　　5、研究表明:由双光子吸收基团与非荧光基团构成的新分子不仅具有双光子吸收特性而且会发生荧光淬灭。提出:在双光子吸收过程中，分子内不同基团间电荷的转移可引发分子内能量转移的物理机制。利用这一机制，可设计出具有较强双光子吸收且无荧光发射的功能材料。