非线性光学是研究光与物质相互作用过程中，光子能量、传播方向和偏振状态发生显著改变，且与入射光强度无关的现象和规律。这些现象主要源自于物质的非线性极化响应，即物质在强光作用下，其极化率与光场强度之间的关系不再是线性的，而是呈现出复杂的非线性特征。
1. 频率转换：非线性光学过程中的频率转换是研究最为广泛的现象之一。它包括二阶和三阶频率转换过程，如倍频、和频、差频等。
2. 光学倍频：光学倍频是指非线性晶体中的光子在强光作用下，其频率发生二倍频变化的过程。它常用于产生高能量激光，如深紫外激光和软X射线激光。
3. 光学和频与差频：光学和频和差频是指两个或多个不同频率的光子在非线性晶体中相互作用，产生与原始光子不同频率的新光子的过程。
4. 光孤子：光孤子是非线性光学中的一种重要现象，它指的是在强光作用下，光脉冲的形状和速度在传播过程中保持不变的孤立光子。光孤子在光信息处理和光学通信等领域具有重要应用价值。
1. 非线性晶体：非线性晶体是常用的非线性光学材料之一，如KDP、CDA等。这些晶体具有较高的非线性极化响应和宽广的透光范围。
2. 聚合物和有机物：聚合物和有机物因其具有较大的非线性极化响应、宽广的透光范围以及易于制备成大面积薄膜等特点，逐渐成为非线性光学材料的重要选择。
3. 金属和金属氧化物：金属和金属氧化物在强光作用下，具有较大的非线性极化响应和较高的热稳定性，因此在非线性光学中受到关注。
4. 纳米材料：纳米材料因其具有特殊的尺寸效应和量子限制效应，表现出优异的非线性光学特性。纳米材料包括纳米颗粒、纳米线和纳米薄膜等。
1. 光信息处理：利用非线性光学过程中的频率转换和光孤子等现象，可以实现高速、高精度和高稳定性的光信息处理。
2. 光学通信：光学通信利用非线性光学过程中的频率转换和光学倍频等技术，可以实现高速、大容量的数据传输。
3. 光学传感：利用非线性光学过程中的频率转换和光学倍频等技术，可以实现高灵敏度的光学传感。
4. 激光技术：利用非线性光学过程中的频率转换和光学倍频等技术，可以实现高能量、高稳定性的激光输出。
5. 光子学器件：利用非线性光学过程中的频率转换和光孤子等现象，可以实现高性能的光子学器件，如光子晶体、光子集成电路等。
6. 医学成像技术：利用非线性光学过程中的生物组织对光的折射、反射和吸收等现象，可以实现高分辨率、高对比度的医学成像技术，如光学层析成像等。
7. 环境监测：利用非线性光学过程中的频率转换和光学倍频等技术，可以实现高灵敏度的环境监测，如气体污染物的检测等。
