Nichtlineare Optik in der Materialwissenschaft beschreibt die Feld-Materie-Wechselwirkung, bei der die Polarisation nicht linear mit der elektrischen Feldstärke skaliert. Materialparameter wie χ(2) und χ(3) bestimmen Effekte wie Frequenzverdopplung, Sum- und Differenzfrequenzerzeugung, optische Kerr-Effekte und selbsterregte Modulation. Kristallsymmetrie, elektronische Bandstruktur, Defekte und Nanostrukturierung steuern Effizienz, Schwellintensitäten und Dispersion in nichtlinearen optischen Materialien und Metamaterialien.