Z-scan技术与其他测量方法相比，具有装置简单、灵敏度高等优点，还可以分别测得非线性吸收系数和非线性折射率的大小，同时确定二者的符号。通常使用Z-scan技术测量材料的三阶光学非线性时，在闭孔Z-scan测量的基础上，对样品再进行开孔Z-scan，最后将闭孔实验测得曲线中的非线性吸收效应和非线性折射效应分离开来。　　 本论文的主要工作具体可以分为以下几个方面:　　 1、选择稳定的飞秒激光光源、高精度的大面积硅光电探测器以及数字锁相放大器加数字万用表的采集方案，基于Labview的程序控制，搭建高精度飞秒Z-scan测试系统。提高了Z-scan测试系统的测试精度，保证了系统工作的稳定性。　　 2、本文介绍一种通过数值计算方法利用单一的闭孔Z-scan特征曲线，分离出非线性吸收效应和非线性折射效应的透过率曲线，并给出相应理论模型，拟合出非线性吸收和非线性折射系数。随后将分别以自聚焦饱和吸收介质及自散焦反饱和吸收介质为例进行讨论，给出该数值计算方法的使用条件。最后讨论两个重要的实验参数，透镜焦点到光阑孔径的距离d和光阑半径的取值对实验测量灵敏度的影响。详细说明了在满足远场条件下，这两个参数的合理选择范围，尽可能提高Z-scan测量系统的灵敏度，以及测量结果的精确度。　　 3、针对现有理论无法定量分析含有饱和吸收以及多光子吸收共存的样品，从现有的开孔Z-scan理论模型出发，利用Adomian分解法推导了饱和吸收，饱和吸收与反饱和吸收同时发生的情况下的理论模型，并给出数值解;归纳了双光子吸收、三光子吸收和多光子吸收情况下的理论分析模型，以及同时存在两种不同非线性吸收过程的分析方法。　　 4、采用上述的测试系统和理论分析方法，对简单液体CS2做闭孔的Z扫描实验，通过拟合得出非线性折射率。在低光强作用下，CS2的峰谷表现为对称性，此时的非线性吸收可以忽略，当光强进一步增大时，谷被拉深、峰被压缩存在反饱和吸收。　　 5、对于Rb6B甲醇溶液在不同光强下，分别做开孔Z-scan测试和闭孔Z-scan。我们看到当光强较小时，Rb6B甲醇溶液表现为非线性的饱和吸收效应;随着光强增大，饱和吸收与反饱和吸收共存;当光强I0≥773.61GW/cm2时，材料表现为反饱和吸收效应。对反饱和吸收实验数据利用上述的非线性吸收理论模型拟合，选取最佳的数据拟合，最后得到该材料在此光强下表现为双光子吸收效应。　　 6、利用Z-scan测试方法研究了Au纳米颗粒的非线性光学性质。研究发现，径粒为60nm的Au纳米颗粒的SPR峰在495nm处，仅发生带间跃迁引起的多光子吸收现象。