非線性光學材料就是那些光學性質依賴于入射光強度的材料，非線性光學性質也被稱為強光作用下的光學性質，主要因為這些性質只有在激光這樣的強相干光作用下才表現(xiàn)出來。

利用非線性光學晶體的倍頻、和頻、差頻、光參量放大和多光子吸收等非線性過程可以得到頻率與入射光頻率不同的激光，從而達到光頻率變換的目的。

這類晶體廣泛應用于激光頻率轉換、四波混頻、光束轉向、圖象放大、光信息處理、光存儲、光纖通訊、水下通訊、激光對抗及核聚變等研究領域。

我國在非線性光學晶體研制方面成績卓著，某些晶體處于世界領先地位。

選擇非線性光學材料的主要依據(jù)有以下幾方面：①有較大的非線性極化率。這是基本的但不是唯一的要求。由于目前激光器的功率可達到很高的水平，即使非線性極化率不很大，也可通過增強入射激光功率的辦法來加強所要獲得的非線性光學效應；②有合適的透明程度及足夠的光學均勻性，亦即在激光工作的頻段內，材料對光的有害吸收及散射損耗都很��；③能以一定方式實現(xiàn)位相匹配（見光學位相復共軛）；④材料的損傷閾值較高，能承受較大的激光功率或能量；⑤有合適的響應時間，分別對脈寬不同的脈沖激光或連續(xù)激光作出足夠響應。

非線性光學材料的分類

二階非線性光學材料

二階非線性光學材料大多數(shù)是不具有中心對稱性的晶體。常用于光學倍頻、混頻和光學參量振蕩等效應的晶體材料有兩大類。一類是氧化物晶體，典型的如磷酸二氫鉀(KDP)、磷酸二氘鉀(KD*P)、磷酸二氫銨(ADP)、碘酸鋰、鈮酸鋰等。這一類比較適宜于工作在可見光及近紅外頻段。另一類是半導體晶體，典型的如碲和淡紅銀礦(Ag3AsS3)等。后一類更適宜于工作在中紅外頻段。

三階非線性光學材料

三階非線性光學材料的范圍很廣。由于不受是否具有中心對稱這一條件的限制，這些材料可以是氣體、原子蒸氣、液體、液晶、等離子體以及各類晶體、光學玻璃等，從其產生三階非線性極化率的機制來說也可以很不相同。有些來源于原子或分子的電子躍遷或電子云形狀的畸變；有些來源于分子的轉向或重新排列；有些來源于固體的能帶之間或能帶以內的電子躍遷；有些來源于固體中的各種元激發(fā)，如激子、聲子、各種極化激元等的狀態(tài)改變。常見的三階非線性光學材料有：①各種惰性氣體，通常用于產生光學三次諧波、三階混頻，以獲得紫外波長的相干光。②堿金屬和堿土金屬的原子蒸氣,如Na、K、Cs原子及Ba、Sr、Ca原子等，通常用于產生共振的三階混頻、受激喇曼散射、相干反斯托克斯喇曼散射等效應（見受激光散射），以實現(xiàn)激光在近紅外、可見及紫外波段間的頻率變換及頻率調諧。③各種有機液體及溶液，如CS2、硝基苯、各種染料溶液等,這些介質由于有較大的三階非線性極化率，常用來進行各種三階非線性光學效應的實驗觀測，例如光學克爾效應、受激布里淵散射、簡并四波混頻及光學位相復共軛效應、光學雙穩(wěn)態(tài)效應等都曾先后在這類介質中進行過實驗研究。④在液晶相及各向同性相中的各種液晶。由于液晶分子的取向排列有較長的弛豫時間，故液晶的各種非線性光學效應有自己的特點，引起人們特殊的興趣。例如曾用以研究光學自聚焦及非線性標準具等效應的瞬態(tài)行為。⑤某些半導體晶體。最近發(fā)現(xiàn)有些半導體，如lnSb，在紅外區(qū)域有非常大的三階非線性極化率，適合于做成各種非線性器件，例如光學雙穩(wěn)器件。