双光子吸收是分子在激光的作用下，同时吸收两个光子所产生的非线性光学过程。目前，双光子吸收过程已广泛应用到包括光限幅、双光子激光扫描荧光显微镜、双光子光动力学治疗和三维光学数据存储等等众多的非线性光学领域。在双光子吸收广泛应用的过程中，设计、合成和表征具有较大吸收截面的双光子材料成为当前研究领域的热门话题。与此同时，将分子的较大双光子吸收截面的特性应用到特定的非线性光学研究领域，也成为近期备受关注的焦点。 在本论文中，分析和表征了吡咯希佛碱同二价锌离子自组装络合物和功能性基团封端的超支链共轭聚合物两类化合物，详细研究了它们的双光子激发的特点，同时对它们作为非线性光学材料的应用做了有益的探索，取得了一系列有意义的研究结果： 1.通过对吡咯希佛碱同二价锌离子自组装络合物进行了光谱表征和分析，指出有规律变化的分子结构对分子体系共轭结构的影响，而共轭结构的增大导致了络合物体系具有较大的双光子吸收截面。利用络合物体系较大的双光子吸收截面和在较宽的可见光范围内较高的透过率的特点，我们对这类化合物进行了双光子光限幅的研究，并探索分子结构对于光限幅能力的影响。通过实验，首次系统的阐述了分子共轭结构对于光限幅能力的影响，表征了一系列有着出色的光限幅能力的材料。它们作为光限幅材料有着极大的吸收截面(10-18to10-16cm4/GW)，比文献中报道的作为光限幅材料的吸收截面高出3到5个数量级。在较宽的可见光范围内较高的线性透过率、较大的双光子吸收截面和较低的光限幅阈值使得这类化合物成为了很有竞争力的双光子吸收光限幅材料。同时，自组装络合物作为一类新型的光限幅材料，也是对光限幅材料的重要补充。 2.将化合物较强的双光子行为同功能性基团结合起来，研究了一类功能性基团封端的超支链共轭聚合物。通过对它们单、双光子光谱学的研究，指出由于功能性基团的作用而产生的扭转分子内电荷转移(TICT)以及分子在极性溶液中的分子内的扭转，都影响到了观测到的光谱特性。通过双光子诱导荧光的方法，测量到由于中心大的共轭基团而产生的较大的双光子吸收截面。我们利用化合物较大双光子吸收截面的特性，并结合分子TICT的特性，发展了一种改善超支链化合物激发态特性的新的机理，并应用到双光子数据光学存储中。