本文以偶氮苯生色团的三阶光学非线性为出发点，利用sol-gel无机基体的化学、机械及光学稳定性的特点，设计并制备了偶氮苯生色团以不同的形式装载的有机-无机复合薄膜材料。探讨了不同的基体环境对复合材料光学非线性性能的影响。同时，还对纳米金属颗粒和偶氮苯生色团多功能化复合薄膜的非线性性能进行了研究。　　 通过硅烷偶联剂的桥连作用，合成了硅烷化的偶氮苯生色团，并成功的将偶氮苯生色团以侧链和主链的方式引入到氧化硅无机网络结构中，获得了明显增强的生色团光学非线性效应。分散红1(DR1)以侧链形式在致密的无机基体中，由于长链的生色团结构而导致部分生色团间的团聚效应，而团聚效应增大了生色团基态与激发态之间的能隙，对非线性吸收起到强化作用。双光子吸收效应和生色团与基体间相互作用导致共轭电子离域性增大效应共同加强了DR1-SiO2复合薄膜的光学非线性，1064nm波长激光激发下非线性折射率n2达到3.4×10-9esu。刚果红(CR)以主链的形式进入无机基体，可以有效的抑制生色团之间的团聚效应。CR-SiO2薄膜具有很高的双光子吸收截面，表现出强的非线性吸收。复合薄膜具有两个共轭偶氮键，π电子具有更大的离域性，在1064nm激发下表现出大的三阶非线性，非线性折射率数量级可以达到10-8esu。经400nm激发，DR1-SiO2复合薄膜和CR-SiO2薄膜响应时间分别为0.6ps和0.36ps，可以推断出前者由偶氮苯光致异构引起，而后者主要与π电子离域有关。　　 探讨了纳米金属颗粒和偶氮苯生色团间的相互作用对光学非线性性能的影响。以一步sol-gel过程制备了Ag纳米颗粒和DR1共同组装的氧化硅复合薄膜。Ag纳米颗粒即作为电子受体从基体中含N基团吸附电子，又作为电子供体与具有吸电子基的有机共轭分子形成一种新型的D-π-A电子push-pull结构。由于Ag纳米颗粒强的电负性，一方面在外光电场的作用下可以形成强化的内电场，加剧了颗粒和偶氮生色团的极化；另一面方面，Ag纳米粒子连接了基体中的含N供电子基团和偶氮苯中的NO2吸电子基团，既增强了对共轭电子的供电子能力，又提高了共轭电子的共轭程度。上面两方面的效应共同加强了复合体系的三阶非线性效应。　　 采用先改性后组装的办法，可以实现一步法将疏水性生色团以单分散的状态组装到介孔孔道中。疏水性生色团通过亲水性硅烷偶联剂进行改性得到一端亲水一端疏水的硅氧烷染料。在表面活性剂的存在下，这种硅氧烷染料与正硅酸乙酯在酸性条件下共水解过程中，其疏水端进入表面活性剂形成的疏水内核，而亲水段与TEOS水解缩合键联到氧化硅骨架上。去除表面活性剂后，足够大的介孔孔道空间可以实现生色团的单体状态分散。非线性生色团在介孔孔道内单分散的有机-无机复合薄膜具有大的电子三阶非线性折射率和极化率，但是在生色团的双光子吸收区其双光子吸收系数却几乎可以忽略。这种结构的复合薄膜满足Stegmen性能参数，具有全光开关器件的应用前景。由于NLO生色团和介孔结构的多样性，因此也为寻找高效实用的非线性光学材料提供了一个新的方向。