有机非线性光学材料的非线性现象、机理及应用的研究是当今非线性光学和光子学领域的重要课题。由于有机光色材料在光存储、光计算、信息处理及集成光学方面具有潜在的应用价值，一直受到各国学者的高度重视。针对有机光色材料的性质及应用，本论文主要的工作有： 在偏振光的激发下，偶氮聚合物薄膜具有明显的光致各向异性。基于介质的光致各向异性，可记录偏振全息。我们从偏振全息的透射琼斯矩阵出发，运用傅立叶展开法对衍射光场展开，根据傅立叶展开系数得到了在物光、参考光不同的偏振态组合的情况下所记录的偏振全息中，用不同偏振态的读出光读出时，衍射光场中各阶衍射光的偏振特性及其衍射效率的表达式。在理论分析的基础上，对甲基橙聚乙烯醇膜记录偏振全息时各阶衍射光的衍射效率进行了计算。 甲基橙-PVA膜中记录偏振全息光栅时，一阶衍射光的偏振状态与物光、参考光、读出光的偏振态之间有着特定的关系。利用这种特定关系，首次提出用甲基橙-PVA膜实现全光逻辑操作的方法，通过偏振状态来表征逻辑本征值，实现了逻辑NOT、逻辑XNOR、逻辑XOR等全光逻辑操作。 两束相干光入射到偶氮掺杂聚合物薄膜时，在光致异构过程中，trans-cis态上的粒子数分布被强度正弦分布的干涉光场所调制，从而引起介质膜中光致吸收系数和光致折射率的变化，在膜中形成光栅。这种光栅又使得入射光发生衍射，形成自衍射。我们实验测量了甲基橙-PVA膜在532nm光照射下的一阶自衍射的动态特性，并从理论上分析讨论了这种自衍射现象中，几个不同的入射光强下，一阶自衍射效率动态特性，以及一阶衍射效率的稳定值随入射光强的变化规律。 双硫腙汞是一种性能较好的有机非线性光学材料，当连续高斯光束通过双硫腙汞-PMMA膜时，由于热效应引起介质内部局部折射率变化而产生横向的折射率梯度分布，从而使得光通过介质膜后由于自相位调制而产生明显的远场自衍射效应。我们分别用532nm和633nm的激光作照射光，测量了远场衍射花样的光强分布特点。并以不透明屏上的小孔衍射为模型，从基本的Fresnel-Kirchhoff衍射积分公式出发，对衍射花样的光强分布特点进行了数值模拟，模拟结果与实验结果相符合。 基于双硫腙汞-PMMA膜在连续高斯激光光束的作用下，由于自相位调制而产生远场自衍射现象的特性，我们分别用532nm和633nm激光作照射光，对不同的光阑孔径下的光限制效应进行了实验测量，并利用衍射积分公式对532nm和633nm和不同光阑孔径的光限幅效应进行了理论模拟，结果和实验结果相一致。