近年来，随着激光技术的不断进步，有机非线性多光子吸收现象越来越引起人们的广泛关注。具有大的多光子吸收响应的材料可以应用在化学、物理和生物各个领域，如：光限幅、三维微观制造、光学数据存储和双光子光动力学治疗等。设计和合成具有大的多光子吸收截面的材料是这一领域发展的重要基础。本论文在自主建立的多参考组态相互作用程序框架内，运用电子相关非线性响应理论方法研究了给受体取代的偶极分子、四极分子、八极分子，金属配合物以及卟啉衍生物的多光子吸收的结构一性能关系。研究结果表明：　　 (1)对于偶极分子，通过增加基态与激发态偶极矩的差(△μ)，来增大分子的二阶极化率以及双光子吸收截面的设计方法都可以增加有机分子的三光子吸收截面；　　 (2)对于四极分子，随着基态极化率的增加或键长交替(BLA)的减小，三光子吸收截面先逐渐增加，达到最大值后逐渐减小，然后又逐渐增加；　　 (3)对于以氨基为核中心的八极分子，三个偶极分支之间的耦合很强，因此八极分子的多光子吸收截面比相应的偶极分子提高很大。最大的双光子吸收截面和三光子吸收截面分别提高了近70倍和三个数量级；　　 (4)对于不同共价键连接的卟啉双聚体的多光子吸收，修正矢量方法计算的结果与张量方法一致，但避免了对角化哈密顿矩阵来求解激发态。从卟啉单体到双聚体，双光子吸收截面增加了近两个数量级，主要由于基态到单光子态的跃迁偶极矩μge以及单光子态到双光子末态的跃迁偶极矩μef极大增加，同时调谐能(Ege-Egf/2)减小。不同卟啉双聚体之间双光子吸收截面的变化与跃迁偶极矩及调谐能两者都有关。对于三光子吸收，Qx带的三光子吸收截面非常小。卟啉双聚体Bx1带的三光子吸收截面比卟啉单体B带的三光子吸收截面提高了三个数量级。而卟啉双聚体Bx2带的三光子吸收截面又比Bx1带的三光子吸收截面提高了一个数量级；　　 (5)以金属Ru(Ⅱ)为中心，2-2-联吡啶作配体，配体接上吡啶盐受体的八极矩分子的双光子吸收截面较小，约为620GM(1GM=10-50cm4s)。主要因为基态到激发态的跃迁偶极矩Mge或基态与激发态偶极矩的差△μge较小。而在2-2-联吡啶配体接上4-4-二(二烷基氨苯乙烯基)给体取代基后，其双光子吸收截面提高了约35倍，达到22000GM。主要来源于配体上给体一受体取代基之间的电荷转移(ILCT)。　　 聚合物的激子束缚能是π共轭聚合物重要性质之一,实验和理论上争论一直不断。在有机发光器件中，我们希望聚合物的激子束缚能较大，这样有利于电荷复合；而在有机太阳能电池中，我们希望聚合物的激子束缚能较小，这样更有利于有效的电荷分离。我们用第一性原理TDDFT方法研究了PDA、PA、PT、PTV和PPV五个电子聚合物的激子束缚能，并研究了不同泛函对聚合物激子束缚能的影响。结果表明，包括了20％HF交换能的杂化密度泛函B3LYP和B972，计算得到的激子束缚能与实验值最接近。这五个聚合物的激子束缚能基本在0.1～0.6eV范围内。　　 应用量子化学方法，与实验合作，计算研究了有机光学开关材料、有机磷光发光材料的分子构型、电子结构及其光学性质。理论计算从微观的角度揭示了实验现象的本质。