在传统的非线性光学材料研究领域，科学家们一方面依据现有的非线性光学理论模型，致力于寻求开发出具有大的高阶非线性系数的光学晶体材料，另一方面，纳米科学的兴起和稀土掺杂荧光材料的广泛研究产生了许多奇特的非线性光学现象，同时伴随着现代高功率激光技术的飞跃进步，光与物质相互作用在这些光学材料中体现出来的各种新颖的非线性光学效应和发光特性正掀起当下光学领域内一片研究热潮。　　 本文着眼于上述两类光学材料中的两个典型代表-金纳米粒子和Gd3+和Tb3+共掺杂的稀土玻璃材料，借助于我们微纳米光子学实验室的一系列现代精密光学仪器和平台，以及成熟的数值计算软件工具（基于DDA算法的）DDSCAT，从实验和理论上对它们的非线性光学效应及发光调控特性展开分析研究。具体的工作内容和成果按以下章节架构展开:　　 第一章是引言部分，主要阐述近年来国内外关于这两种材料在光学领域内的研究现状和进展，并通过对国内外同行工作成果的一系列简要概括与评述，引出我们所开展的研究课题的方向和意义。　　 第二章主要介绍了一种纳米光子学研究中广泛使用的数值方法—离散偶极近似方法。先给出其基本原理的描述，然后列举了其基本功能并用一个典型的范例展示了其在等离子光子学中的应用方式，最后分析了近年来报导的几个关于其功能上的扩展改进模型。　　 第三章主要陈述了我们的一项基于实验的研究过程和结果，即运用双光子荧光技术实现对光阱中金纳米粒子行为的动态监测和分析。开始部分简述了双光子荧光方面的一些背景内容，接着利用双光子荧光光谱和成像等方法记录观测了实验的动态演化过程，论述了光阱中粒子捕获和熔融的一系列新现象和特征。　　 第四章从实验和数值模拟结果上，论证了金纳米粒子的尺寸而不是形貌在其双光子荧光和二次谐波过程的竞争中起着决定性的作用，对于小尺寸的粒子，难以观测到明显的二次谐波信号，其非线性光学响应主要体现为双光子荧光，而尺寸较大的粒子，二次谐波则在其非线性非光学响应中占据主导地位。　　 第五章则是集中于Gd3+和Tb3+共掺杂稀土玻璃材料的多光子效应的研究，该部分的成果在于一方面从实验上论述了该种材料的荧光发光机理，另一方面首次发现了该种材料荧光强度可被激发光的偏振态所调控，并对这种调控效应产生机制作了初步的研究与探索。　　 第六章概括和总结了前述研究工作的主要内容，提出了几点不足和进一步解决这些问题的可能途径，并简要说明了基于前述研究工作的后续潜在探索方向和研究内容。