光场与物质相互作用是一个传统而重要的课题。偏振作为光场固有的和基本的属性，在光与物质相互作用过程中起到不可或缺的作用。偏振态非均匀空间分布的矢量光场与物质和微结构相互作用导致了众多不同于标量光场的新颖效应，在光镊、超分辨显微和非线性光学等方面得到了广泛应用。本论文围绕飞秒矢量光场与非线性光学材料的相互作用，对飞秒矢量光场的生成和调控以及非线性光学表征技术进行了理论和实验研究。本论文的主要创新点包括以下两部分:第一，理论上提出了矢量光场开孔Z-扫描技术;实验上测量了传统晶体的双光子吸收系数。第二，提出了调控光场偏振态来增强光限幅效应的新思路，实验研究了二层酞菁配合物Pr[Pc(OC8H17)8]2在飞秒径向偏振光激发下的非线性吸收效应，演示了其增强了的光限幅效应。主要研究内容如下:　　1.基于光学4f系统和空间光调制器在实验上生成了飞秒矢量光场。通过波前重构技术，将计算机生成的全息光栅加载到空间光调制器上，再经4f系统变换生成空间偏振态任意分布的飞秒矢量光场。实验生成了多种不同的飞秒矢量光场，包括偏振态旋向、径向变化，以及径向和旋向同时变化的矢量光场。在实验中对光学元件进行优化设计，解决了脉冲展宽等技术问题。　　2.提出了表征材料双光子吸收的改进型技术——飞秒矢量光场Z-扫描技术。在理论上，基于瑞利-索模菲矢量衍射公式和矢量光场的傍轴聚焦理论，给出了飞秒矢量光场Z-扫描的归一化透过率。数值模拟表明，相比于线偏振光，径向偏振光激发双光子吸收材料的Z-扫描测量灵敏度和可靠性有很大提高。用飞秒矢量光场和标量光场对硫化镉晶体进行了开孔Z-扫描实验验证了该理论。　　3.研究了飞秒矢量光场激发新型材料Pr[Pc(OC8H17)8]2的光限幅增强效应。利用矢量光场开孔Z-扫描技术，表征了材料Pr[Pc(OC8H17)8]2的双光子吸收效应。该种二层三明治型金属酞菁配合物材料由于其酞菁分子间固有的π-π电子结构而具有大的双光子吸收效应，可以用于光限幅器。与线偏振光相比，径向偏振光激发时增强了光限幅效应，降低了光限幅阈值。