非线性光学材料应用的主要领域除了上述用倍频、混频技术进行频率转换外，还有光荣转向、光束畸变消除、图像放大与变换、光信息处理与光信号控制、光受限与阀值检测，全光学连接、光计算机、光贮存以及光纤通迅与器件等。再举一个简单例子来说，非线性光学晶体材料应用于蓝绿光激光器中，可被用来进行铀同位素（238U 和235U）的分离（铀同位素是制造原子弹的主要原料），可以用以引发核聚变。在美国的“星球大战”计划中，蓝绿激光器是基本武器之一。正由于其具有如此重要的战略意义，某些高敏非线性光学材料如KTP（磷酸氧钛钾）等已被列为美国国务院控制下的军事物资，它的出口或转出口都必须经过美国政府的批准。目前世界各国纷纷把非线性光学材料的研究列为高科技和优先发展项目，给予高度重视。
非线性光学晶体BBO
世界上第一个“中国牌”的非线性光学晶体新材料——偏硼酸钡晶体已于1984 年问世，这是我们中国人的骄傲。
一块指甲大小的光学晶体，它晶莹透明，以其优良的非线性光学性能，正在国际晶体材料高技术产品市场上称雄，这就是在国际材料科学界公认的由中国科学院福建物质结构研究所首创的非线性光学晶体新材料——BBO。
BBO 是在对晶体非线性光学效应的结构与性能相互关系研究的基础上通过大量实验而取得的。该晶体在近红外，可见，紫外波段具有比目前通用的ADP、KDP 晶体大3-6 倍的有效倍频系数，相匹配波段可达到212nm 左右。
还具有比KDP 型晶体高二倍的光损伤阀值，较高的光学均匀性，不易潮解，热稳定性好等优点。由于该晶体极化稳定，并能承受高的辐射功率，因此在高功率的激光热释电探测器件中也将有实际应用。同时，医学研究也已证明，通过非线性晶体变频获得的紫外激光，是用于医治心血管病、切除脑瘤的理想“光刀”。而用不同波长激光束确定早期癌细胞的部位将成为医治癌症的重要手段。
国际上，对于非线性光学晶体的研究已有20多年历史，虽发现了一批有实用价值的晶体，但只能解决可见光区的倍频转换问题，而在紫外区和红外区还缺乏有效的晶体。我国人工培养晶体始于20世纪60年代，过去由于重点放在晶体培养工艺上，长期以来一直是步人后尘，盲目摸索，耗时费力。近来，由多学科科技人员组成的群体，开拓了一条探索晶体材料的新路子，指出了非线性光学效应是由阴离子基团结构及其空间排列所决定的。在此基础上研制出了新型晶体BBO，先后荣获第三世界科学院化学奖，陈嘉庚物质科学奖和美国《世界激光集锦》杂志评选的光频电子学工业成就奖等。
目前，BBO 做成的器件，已打入美、日、俄、德、英、法等20多个国家和地区的近200个研究机构、大专院校和高技术公司，震动了国际学术界，也冲击了高技术产业部门。这种由我国独创的国际第一流水平的晶体已形成产品，并为我国在国际高科技领域赢得了荣誉。
光折变晶体
1966 年，当贝尔实验室的科学家们第一次注意到光致折射效应时，他们认为这种现象大不了是一种奇异的特性，而且还是一个十分有害的现象。而今天，光致折射材料正在被制成利用光而不是利用电的新一代计算机的元件，也就是被制成为光学计算机的元件。当时，科学家们正在对一种无机晶体进行实验，希望能出现倍频现象，也就是从红宝石激光器中输出的红色光通过无机晶体后产生蓝色光波。实验开始时相当成功，光通过晶体而不受干扰。但是，几分钟后，晶体开始使光束变形并向实验室四周散射。激光已经莫名其妙地改变了晶体本身的光学性质。这种光致折射效应能在晶体中保持几天。然而，如果研究人员用均匀的激光束照射这个晶体，晶体会再次使光束通过而不变形，即光致折射现象消失。在过去二、三十年里科学家们已经发现大量各种各样的光致折射材料。其中包括绝缘体、半导体和有机化合物。
与我们平常照相用的胶片感光剂一样，能记录错综复杂的光的图案，可这种材料比胶片还要优越，它记录的光图像是可以消除的，而胶片曝光后只能记录一次图像，也无法抹除图像。
由于光致折射材料的灵敏性、耐久性和独特的光学性质，它们有可能用于制造光学计算机的数据处理元件。理论上讲，这些设备将使光学计算机和电子计算机的信息处理速度要高得多。
由于光致折射材料的光学性质可以被穿过这种材料的光所改变，因此这种材料属于非线性光学材料。在线性光学材料中，（如透镜、棱镜等）光束只是相互透过，而不改变材料本身的某种性质。
多数透明材料在受到有足够强度的光的照射时其折射率都将改变。然而“光致折变”一词通常用于在低强度光的照射下折射率发生变化的材料。在光致折射材料中，强度弱至0.001 瓦/平方厘米 的光束都能够改变晶体中原子的排列，进而使折射率发生不同改变。而且，与大多数透明材料不同的是，光致折射材料中的变化是半永久性的，如果使一个折射率已经改变的晶体不受任何光源照射，那么根据材料的不同，折射率的变化可以保持几毫秒至若干年，这样就能够在晶体中以图像的形式存贮信息。
那么，一束弱光怎样能够引起晶体的折射率发生如此强烈的变化呢？科学家们通过细致地观察，认为光致折射效应的基本模型正如“蚂蚁搬家”一样，即一只蚂蚁一次搬走一粒沙子，最终可以移走一大堆沙子。一束弱光也可以使电荷一个个地移动，从而逐步建立起强电场。在光致折射材料中，有多余的电荷，它们是电子（带负电的粒子）空穴（带正电的区域），当激光照射材料之前，这些电荷被束缚着，在材料中不能自由移动，它们遇到光照射时，便从光中吸收一部分能量，变得活跃起来，就可在材料内部自由地漫游。当移到没有光照的区域时，这些电荷便被再次束缚住。这样，如果光照射在材料中的一个区域内的电荷上，那么这些电荷就将离开这个区域而在没有光照的区域累积起来，光照前均匀分布在材料中的电荷便分离、移动至两个不同的区域，正、负电荷之间便形成了强大的电场，促使这种材料的结构发生变化，从而改变了该材料的折射率即改变了光在材料中的传播速度。
光致折射效应的一个最直接、最有用的应用便是两束激光间的能量交换，它也被称为双光束耦合。这种现象与前面我们所讲的光波混频现象不一样，光波混频是当两束激光同时射出倍频晶体时，透过的光除了各自的倍频光外，还有这两束不同波长激光的和频、差频光，也就是产生了新的频率的光。而这里所讲的双光束耦合是指当两束频率相同的激光同时射入光致折变材料时，出来的光其中一束光强增大，而另一束光强减弱，就好像一束光中的能量跑到另一束光中去了一样。这种能量交换现象是光致折射材料独有的一种特性。这种特性的应用前景非常之好，其原因就在于这种材料对光高度敏感，再加上它们能够将来自不同激光器的光束联接起来并能将一种信息图案转变成另一种信息图案。
光折变晶体主要有三类，第一类是某些属于铁电体的电光晶体；第二类是非铁电氧化物；第三类是半导体化合物，人们最感兴趣的是BaTiO3，Fe：
KNbO3，Bil2SiO2 等晶体。
应用光折变晶体，只需低功率激光，就可在室温下进行各种不同信号处理和运算。光折变晶体还具有非常高的光学非线性，实验中可以产生许多新过程、新现象，因此它的研究发展前景是十分吸引人的。
光计算机与光功能晶体
在现代信息处理中，光信息处理占有举足轻重的作用。不仅是光学图像，而且电信号、机械信号、语声信号、热信号等，都可转换成光学信号作快速、并行处理。光信息处理的容量大，速度快，设备简单，可以并行处理二维图像信息等优点，是任何计算机系统无法比拟的。随着信息光学技术的发展，可以预料，在未来的计算机家族中，将出现第六代崭新的机型——光计算机。
多少年来，科学家一直在考虑用光子代替电子设备中的电子工作，对于电子计算机来讲，电子是信息的载体，它只能通过一些相互绝缘的导线来传输、处理信息。虽然现在电子计算机的运算速度在不断增加，体积也在不断减小，但它运算能却存在着一个极限。最佳情况下，电子在固体中的运行速度也达不到光速的1/10，再者，通信通道也严重制约了快速性。当工作频率超过100MHZ 时，通道中就会形成驻波、反射信号等障碍。此外，无论微电路中的电流是多么微弱，随着装配密度和集成电路“管脚”的增大、增多，散热也在增加，从而使导线间产生寄生的电磁相互作用，……所有这些都必将限制电子计算机的能力，运算速度也无法突破一个极限。
和电子比较，光子速度恒等于光速，无质量与电荷，不像电子那样互相影响，它们能互相穿过而互不干扰，它还具有电子所不具备的频率与偏振，还可在空间中传播等特点，从而使光子的载息能力得以扩大。利用光存贮处理指令和信息的光计算机的运算机速度也将因此而大大提高。
光计算机主要由激光器，光纤和光开关组成，采用串行信息处理方式，指令与数据都是以光脉冲的方式在光纤中传输，而所有这些信息发送、传输，处理过程都离不开与之密切的各种光学材料。前面所介绍的各种光功能晶体，有许多都可以用于光计算机的使用元件，特别是像激光晶体、光折变晶体等，这些晶体材料的优越与否直接影响到光计算机开发的前景，而且各种不同功能的光晶体日益在许多科学研究和实际应用领域发挥出越来越大的作用。