光折变晶体在光存储、光计算、光信息处理和其他应用领域有着巨大的潜力。光折变晶体中的双波混频（Two-wave mixing,TWM）是光折变光学的基本过程。TWM增益和TWM响应时间是TWM过程的重要参数,不同的晶体在TWM过程中体现的增益和响应时间是不同的。虽然早在20世纪90年代TWM已经成为研究的热点,但是对于TWM的研究还不够完善。外加直流电场对光折变晶体的性质有重要影响,能显著改变光折变材料性能。目前的研究中,缺乏在外加直流电场的作用下,氧化物光折变晶体双波混频增益和响应时间特性变化的研究,缺少理论的深入研究;此外,目前对半导体晶体的研究主要基于小调制研究,缺少大调制下外加直流电场对半导体晶体双波混频的影响。本文主要研究工作如下:（1）通过Kukhtarev单缺陷单边带材料方程推导出在外加直流电场下,氧化物光折变晶体在TWM过程中空间电荷场归一化至弱光强的表达式,并得出增益系数的表达式。在理论推导过程中,引入经验校正函数f（m）代替调制深度m以解释增益系数与调制深度的非线性关系,从而将传统理解的小调制线性双波混频响应过程扩展为大调制非线性双波混频响应过程。以此为基础,推导出半导体晶体在TWM大调制过程中增益系数的表达式,弥补了目前对半导体晶体TWM大调制研究的缺失。大调制的引入更符合TWM实验与理论分析,对光折变晶体双波混频的实际应用具有重要意义。（2）利用推导所得氧化物光折变晶体中TWM的增益系数表达式,通过仿真得到TWM过程中的参数例如归一化扩散场、归一化外加直流电场、中性施主与受主陷阱浓度比和归一化光强等物理量对氧化物光折变晶体双波混频的空间电荷场和增益系数的影响,得出获得最大空间电荷场和增益系数的理论条件。结果可得:当保持其它条件不变时,增大外加直流电场能使空间电荷场和增益系数明显增大;当扩散场较低,中性施主与受主陷阱浓度比较高时,外加直流电场可以显著提高空间电荷场和增益系数,但是外加直流电场不能无限增加,达到一定值后外加直流电场对增益系数将没有提升作用。外加直流电场过大会击穿晶体,使晶体受损。（3）除了对氧化物光折变晶体中TWM的增益系数的研究外,还研究了外加直流电场对氧化物晶体Li Nb O3:Fe双波混频响应时间的影响。首先通过仿真得到外加直流电场能缩短Li Nb O3:Fe双波混频的响应时间,并且增强入射光强和施主浓度也能缩短响应时间。通过Li Nb O3:Fe晶体双波混频实验得出当外加直流电场从0k V/cm增加到8k V/cm时,Li Nb O3:Fe晶体双波混频响应时间从87s缩短到72s。另外,响应时间随着入射光强的增强先快速下降,然后缓慢下降。当外加电场为10k V/cm时,响应时间随着入射光强的增强从180s下降到42s。该实验证明了理论仿真的合理性。（4）利用推导所得半导体晶体中TWM的增益系数表达式,以In P:Fe晶体为例,通过仿真得出在大调制下,外加直流电场、入射光强、Fe2+浓度和其它参与光折变效应的参数对TWM空间电荷场和增益系数的影响。结果得到:其它条件不变时,强电场对TWM的空间电荷场和增益系数有明显提升作用,而弱电场对半导体晶体的TWM影响甚微;只有在强电场条件下,In P:Fe晶体才存在温度-强度共振和角度-强度共振效应;调制深度越大,增益系数越小,虽然调制深度的增加从理论上没有得到高增益,但是大调制的引入更符合TWM实验过程。