由于三阶非线性光学效应的广泛应用，寻找一种简单、精确的方法来测量物质的光学非线性就显得十分重要的。目前测量材料三阶光学非线性最为常用的方法是Z-scan技术，该方法采用单光束测量，优点是灵敏度高，但是多次照射容易造成样品损伤。本论文主要研究了一种基于4f相干成像技术的双光束干涉方法，用于测量三阶非线性折射系数。现有4f相干成像系统，都是通过分析像平面的光强分布来获得样品非线性相移的信息，这些方法不能得到物波在像平面上的相位信息。我们对此情况进行了改进，使观察光波在介质内的演化过程变为可能。　　本论文以傅里叶变换及其逆变换和非线性滤波理论为基础。在4f相干成像技术的基础上设计了一种用于测量三阶光学非线性折射系数的双光束干涉系统。对双光束系统进行了理论分析和数值模拟。首先分别针对纯双光子吸收、纯非线性折射、双光子吸收与非线性折射共存三种情况，数值模拟研究并总结了干涉条纹的变化规律。接着应用相位变换数字全息法得到像平面上物波的复振幅分布，最后通过反推法计算，得到基于4f相干成像技术的双光束干涉系统的入射面上物波的复振幅分布。通过将反推法得到的入射面上物波复振幅分布与实际测量时系统入射面上的复振幅分布对比，确定待测材料的非线性折射系数的大小。而通过观察干涉条纹中心的亮暗，可以直接确定非线性折射系数的正负。