信息技术的发展不仅依赖于电子技术，也越来越依赖于光子技术。为了满足日益增长的光子学信息技术发展的需要，开展新型光子学材料的开发及新应用的研究是十分必要的。细菌视紫红质(Bacteriorhodopsin，简称bR或BR)材料是自然界经过长期进化形成的一种生物有机光色材料，具有大的非线性光学特性、高稳定性、低价格等优良特性。本论文主要从理论和实验两方面研究了bR膜中的非线性透射特性、自衍射特性、双光互补抑制透射特性及其在全光信息处理中的应用。 本论文第一章简要地介绍了bR的性质，其中主要介绍了bR分子的化学结构、光循环及基本性质等，并简要总结了国内外对bR材料的研究成果和趋势。 第二章主要研究了bR膜的非线性透射特性及在高斯光束束腰位置测量中的应用。将bR的光循环简化为两态系统，并在此模型的基础上推导出多束不同波长的光照射下bR膜的透射方程组。对单波长光照射bR膜时的透射特性进行了数值计算和实验测量，验证了单波长光照射下bR膜的非线性饱和透射特性，并首次将其应用于高斯光束束腰位置的测量，实验结果和理论计算值吻合的很好。 在第三章中，我们主要讨论了bR膜的高阶静态自衍射特性和一阶动态自衍射特性。实验测量了连续He-Ne激光(632.8nm红光)照射bR膜时的高阶静态自衍射特性，对以前的公式进行了修正，使得计算结果和实验结果很好的吻合。实验测量了三个代表性波长(632.8nm红光、488m蓝光、533nm绿光)的激光照射下bR膜的一阶动态自衍射特性，并对这一现象给出了解释。 第四章主要介绍了bR膜在全光信息处理方面的应用——亮背景滤除和新事物滤波器。根据黄光和蓝光同时照射bR膜时的互补抑制透射特性，实现亮背景滤除，给出了bR膜各参数和偏置光强对亮背景滤除质量的影响的新结果，为非相干亮背景滤除的设计和膜参数的选择提供依据。首次根据双光照射bR膜时的动态互补抑制透射特性，实现非相干光新事物滤波器。