近年来,界面研究特别是分子层面上的界面研究开始受到重视,获取界面分子信息具有重大的理论和实际意义,尤其是发生在界面上的分子间能量传递,化学和生物分子的相互作用等等。然而,关于界面的研究仍然遇到了许多的问题,比如,能在分子层面上探测界面的技术手段只有几种。目前,界面探测技术主要包括扫描隧道显微镜法,原子力显微镜法,X光光谱法,中子反射法,全内反射法,二次谐波以及和频产生等。扫描隧道显微镜法和原子力显微镜法适用于固态基底上的液体薄层,X光光谱法和中子反射法则更加有效,获得的信息更加丰富。然而,大多数情况下扫描隧道显微镜法和原子力显微镜法受液体界面上的分子运动影响较大,X光光谱法和中子反射法界面敏感性不强。全内反射法经常被用于探测不明显的液体界面,但是这种方法的界面敏感性也一般。最近,二次谐波技术作为一种探测界面的新兴手段,被广泛用来研究气液界面、液液界面等,相较于其他的光谱技术来说,它具有很强的界面敏感性,它的灵敏度可以精确到单分子层,而且激光的输出具有非常优秀的单方向性,可以远距离探测,适用性更强。本文主要介绍了非线性光学技术——二次谐波技术在界面科学研究中的应用,利用二次谐波只在界面产生的基本原理,搭建了界面分子层的二次谐波检测装置,从分子尺度上研究界面分子层的结构和性质,考察聚合物和表面活性剂分子在气液界面上的微观分子行为,另外探索界面分子层随浓度和外界环境的变化而变化的原因。文中分别测量了罗丹明B和SDBS水溶液气液界面上的二次谐波信号并对二者信号的差异作了理论上的分析,测量结果显示,罗丹明B水溶液界面上的二次谐波信号要强于SDBS水溶液界面上的二次谐波信号,而它们的混合溶液界面上的二次谐波信号比单独的任何一种溶液界面上的二次谐波信号还要小。从两种水溶液的紫外可见吸收光谱来看,罗丹明B水溶液的光谱吸收峰比SDBS水溶液的光谱吸收峰更加接近二次谐波的频率,这是因为分子偶极跃迁频率与二次谐波频率产生共振,大大加强了二次谐波信号的强度。另外,文中还用第一性原理的方法计算了罗丹明B分子和SDBS分子的分子二阶超极化率,结果也显示罗丹明B分子的二阶超极化率要大于SDBS分子的二阶超极化率当它们混合之后,由于罗丹明B分子带正电,SDBS分子属于阴离子表面活性剂,所以罗丹明B分子和SDBS分子聚集成团,导致混合溶液界面上二次谐波信号的下降。另外,实验测量了不同温度下SDBS溶液气液界面上随浓度变化的二次谐波信号；探索溶液界面层分子随体系浓度和外界温度的变化而变化的规律；用有限元方法对二次谐波信号的产生过程进行模拟仿真。实验和理论研究结果为表面活性剂的研究提供了重要的理论依据,可为实现降本增效、节能减排提供重要的技术途径。