非線性光學是當強光和材料相互作用時發生的各種非線性材料響應（現象，與光的電磁場不成正比）。盡管隨著激光的出現已經發展了這個領域，但是非線性光學效應在激光本身中起著至關重要的作用，并支配著它的特性。?它與量子光學密切相關。

光學材料的光學常數，例如折射率和吸收率，可以認為是弱光時的常數。但是，當光線變強時（必須考慮非線性），它會根據光線強度而變化。由輕物質相互作用的非線性產生的這種現象稱為非線性光學現象。

光諧波的產生

一種現象，通過某種頻率的入射光從物質發出頻率為整數倍的光。這是在非線性光學效應中觀察到的最基本的過程，并且以兩次（二次諧波產生：SHG）和三次（三次諧波產生：THG）發射光。很重要。主要應用是將激光波長轉換為短波長區域。

光學參量效應

一種現象，其中兩個發出的光的頻率之和等于入射光的頻率。在頻率轉換方面，有時將其稱為光學混合。光學參數生成，受激拉曼散射，相干拉曼散射，受激布里淵散射，受激康普頓散射，四波混合等。

多光子躍遷

現象一種現象，其中多個光子同時被吸收或發射并轉變為與光子能量之和或差相對應的本征態。通常，當n為奇數時，n光子躍遷在躍遷的初始狀態和最終狀態之間具有偶數/奇數奇偶校驗規則，而當n為偶數時，n-光子躍遷具有偶數/奇數奇偶校驗規則。在n = 2的最簡單情況下，存在同時吸收兩個光子的雙光子吸收和吸收一個光子并發射一個光子的拉曼散射。但是，受激拉曼散射和相干拉曼散射是非線性光學過程，但是普通拉曼散射（自發發射拉曼散射）并未歸類為非線性光學過程。用于高靈敏度，高分辨率光譜和同位素分離。

非線性折射率變化

通常產生一種現象，其中，介質的折射率不依賴于光強度，并且入射光強度強，從而在介質中形成折射率分布。通過將折射率擴展為復數，可以將雙光子吸收視為非線性折射率變化。光束在介質中會聚到一個點的現象（自會聚），頻率被調制（自相位調制），透射光的強度取決于入射光強度的歷史（光學雙穩態）是多彩的。自會聚會損壞光學組件，因此是大功率激光器的重要技術問題，自相位調制是使用超短激光脈沖和光纖的信息通信技術的光學雙穩態。對于光交換技術很重要。

電場依賴性折射率變化

介質的折射率根據施加到介質上的電場而變化的現象。它是一種非線性的折射率變化。這被稱為電光效應，而普克爾斯效應和克爾效應被稱為二階和三階非線性光學效應。不必要的運動部件可變焦距透鏡，利用等。

相位共軛鏡

作為實現自適應光學的一種方法，已有研究。

由于非線性光學效應會出現在任何物質中，因此不僅針對普通氣體，液體和固體，還針對等離子體，活生物體和粒子束。在非線性光學中，不僅現象本身是研究的主題，而且還涉及光電子學，例如光的產生，控制和測量，通過非線性光學效應探索物理性質的非線性光譜學以及使用這些知識和技術進行的激光工程。有廣泛的應用領域。