有机高分子材料近年来得到迅速的发展，它们具有非线性光学系数大、非线性响应速度快、损伤阈值高、结构易于修饰等特点，在激光技术、光通讯、光学存储和光信息处理等方面都显示出巨大的应用前景。偶氮聚合物材料作为有机高分子材料的典型代表，在较宽波带的激光激发下，都显示出巨大而快速的非线性光学响应。此外，在合适的线偏振光激发下，偶氮材料还具有出色的光致各向异性，使得该类材料不仅在非线性光学领域得到了广泛的研究，在偏振全息存储方面也有很大的应用前景。本论文主要针对偶氮聚合物材料的非线性光学特性和偏振全息记录开展了一系列的研究。　　第一章，介绍了二阶、三阶非线性光学的概念和物理本质以及非线性折射和非线性吸收的应用前景；在本章的第二部分，我们介绍了偶氮材料的结构特征和基本特性，讨论了偶氮基团光致顺反异构的物理机制。此外，我们还介绍了偶氮聚合物材料在非线性光学和偏振全息记录方面的研究进展。最后，指出了本文的结构和创新点。　　第二章，介绍了偶氮聚合物材料的光学特性和本论文中采用的实验研究方法，包括研究非线性光学特性的单光束Z扫描技术和飞秒光克尔探测技术，对光致双折射的测量原理和偏振全息的记录光路进行了详细的介绍。　　第三章，研究了一种偶氮离子液晶聚合物在不同激发条件和不同分子环境下的非线性光学响应。利用Z扫描方法，获得了材料在飞秒、皮秒以及纳秒脉冲激发下的非线性吸收和非线性折射率的大小，并对其相应的物理机制进行了讨论。此外，我们还研究了分子环境对材料的非线性响应速度的影响，研究结果表明，分子在薄膜状态下显示出更快的非线性响应速度。　　第四章，偶氮液晶材料结合了偶氮基团和液晶的性能，通过偶氮基团的光致异构化带动其周围液晶相的扰动，可以大大改善偶氮材料的光敏性。本章中，我们研究了一种偶氮离子液晶聚合物的光致各向异性特性。选用不同的泵浦光强来激发材料的光致双折射，实验结果表明，液晶样品的光致双折射在室温下可以达到10-2量级，而且关闭泵浦光之后，材料的光致双折射信号表现出逆向的弛豫现象，即光致双折射自发的增加，我们采用液晶分子的自组织特性来解释这一现象。　　第五章，基于偶氮聚合物材料的光致各向异性，我们在聚合物薄膜中进行了两种偏振全息光栅的记录。实验中分别采用两束正交线偏振光和两束正交圆偏振光在薄膜样品中进行了偏振全息光栅的记录。对记录光栅的衍射特性及偏振转换特性进行了详细的实验研究和理论推导。研究结果表明，正交圆偏振记录下的光栅显示了更高的衍射效率，并且可以将光能量集中到一级衍射光波中。此外，我们还特别指出了光致圆双折射对正交线偏振记录光栅的衍射性能的影响。　　第六章，偏振态作为一种新的光控手段，可以对一些特殊的非线性过程进行调控。本章中，我们研究了一种手性材料的荧光偏振调制特性，实验发现，材料的双光子荧光强度强烈的受到激发光的偏振态的调控，且调制度随光强的增加呈现出减小的趋势。结合双光子吸收以及激发态吸收的特性，我们将这一偏振调控现象归因于材料系统中出现了双光子引起的激发态吸收，并对这一物理机制进行了详细的讨论。