界面非线性光学手段，包括光学二次谐波(SHG)和和频振动光谱(SFG)，在过去的不到三十年中取得了长足的发展。近年来光学二次谐波在数据定量测量以及定量分析方面的进展进一步拓宽了界面非线性光学的应用。本论文的主要内容是将已建立的定量二次谐波偏振分析方法应用到一些重要的和典型的界面体系，如电解质溶液和电化学界面等，同时还研究了相关的二阶非线性光学新现象，如纯液体各向异性散射和高分子结晶相变动力学。电解质溶液界面特定离子效应的研究对目前该领域的一些基本结论提出了挑战。本论文主要分为三个部分：　　 第一部分：光学二次谐波基本理论和偏振分析方法。本部分的综述内容包括两章。第一章简要介绍了光学二次谐波和界面研究的现状；第二章详细介绍了光学二次谐波基本原理并描述了本研究组发展的定量偏振分析方法，并以空气/纯水界面为例介绍了光学二次谐波用于定量分析获得界面分子取向、结构和分子参数的方法。　　 第二部分：水溶液和电极界面SHG定量偏振分析。本部分的研究内容包括三章。首先对近来国际上很受关注的电解质溶液界面离子对界面水分子的结构和性质的影响以及无机盐离子是否在界面富集等问题进行了研究。得到了以下结论：溶液中阴离子对界面水分子的取向影响很小；界面二次谐波信号强度增加主要是由于界面上可被检测水分子数目的增加，即：界面层变厚，其增加的趋势为：Br—>Cl-> F-；可极化性较小的阴离子F-对界面层水分子的厚度也有明显的影响；电解质水溶液界面不会出现分子动力学模拟结果给出的界面双电层的结构；不同阳离子(Na+，K+)对界面水分子的取向也有明显的影响。　　 第四章用定量偏振分析方法研究了染料分子孔雀绿( Malachite Green，MG)在熔融石英界面及空气/纯水界面的吸附和取向，得到了MG分子的极化率βzxx和βzzz的比值，纠正了文献中的结果。　　 第五章对Si(111)电极表面进行了表征。发现CH3CN/Si(111)界面电位依赖的二次谐波响应的最小点可以用来测定半导体电化学体系的平带电位(Flatband Potential)。研究了染料探针分子D289在CH3CN/Si(111)电极界面电位依赖的分子取向和吸附性质，发现界面电位在0伏到-1.5伏的范围内，D289分子的取向大约从60°改变至20°；观测到了该电极界面分子的多层吸附现象。　　 第三部分：纯液体及高分子相变二阶非线性光学新现象。本部分的研究内容包括两章。第六章研究了飞秒激光在纯液体样品的“异常”的前向散射。该现象不能用已知的机理解释，如双光子荧光、超拉曼、超连续等。通过比较氢键和非氢键液体中的异常前向散射，以及准确的角度分辨、能量依赖和波长依赖的测量对这一异常前向散射的机制进行了讨论。　　 第七章首次将光学二次谐波手段用于高分子结晶相变研究。观测程序控温条件下聚乙烯结晶过程的二次谐波信号响应，结果表明二次谐波方法对高分子结晶过程中晶核的生长十分灵敏，并初步研究了聚乙烯结晶的宏观动力学和热力学参数。