近年来，有关弱光下非线性效应的理论和实验逐渐成为量子光学和激光物理学中重要的前沿课题。本文分别应用量子光学的相关理论，对弱光下非线性效应进行了理论研究，得出了一系列有意义的结果。弱光下非线性效应突破了传统光学对光场强度、介质损伤、频率范围的限制，所以它在弱信号检测、光子器件制备、量子信息处理等方面有着重要的应用前景。当前实现弱光下非线性效应得实验研究大都是基于多能级系统的量子干涉效应，因此本文集中研究了两种不同的四能级原子系统与场相互作用而产生的非线性效应。本文的主要内容包括： 1、弱光下非线性效应的研究概况及当前的研究动态。 2、介绍相关的研究方法、理论以及几种重要的物理现象，如：电磁感应透明、粒子数反转、相干捕获等。 3、利用密度矩阵的方法具体研究了Y型四能级原子系统与三个光场的相互作用，讨论了系统在光场强度不同、系统拉比相位不同等条件下所表现出的不同增益和色散效应。 4、具体分析了双∧型四能级原子系统与两个光场的相互作用，讨论了系统在光场强度不同、系统拉比相位不同等条件下系统所表现出的不同增益和色散效应以及粒子数布居规律。 5、弱光下非线性效应的应用前景，具体介绍了其在量子信息方面的应用。