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由陈创天院士提出的阴离子基团理论在紫外无机非线性光学晶体的探索中起着指导性的作用，但该理论没有考虑到A位阳离子对非线性光学效应的贡献，因而在处理含有过渡金属，稀土元素的硼酸盐时存在一定误差。为了进一步理解硼酸盐微观结构和光学性能的内在关系，在本博士论文中作者进行了以下四个方面的工作。
第一方面:利用基于平面波赝势方法的CASTEP程序包，研究了深紫外非线性光学晶体YAl3(BO3)4的电子能带结构。在此基础上计算了它的折射率和二阶非线性光学系数，并使用了实空间原子切割方法定量的分析了阳离子和阴离子基团对线性和非线性光学系数的贡献。我们发现YAB晶体具有反常大的倍频系数，这是因为在该晶体中Y和周围O原子组成的YO6基团对倍频系数有巨大的贡献。这表明，对含过渡金属和稀土金属离子的硼酸盐，过渡金属和稀土元素阳离子可能强烈参与SHG过程。
第二方面:我们系统研究了紫外硼酸盐晶体结构和带隙的关系。通过第一性原理计算，我们发现，几乎所有紫外硼酸盐的价带顶都是由O上未成键的2p轨道贡献的。进一步分析表明，O上非键电子的数目与晶体带隙呈负相关关系。A位阳离子如碱金属，碱土金属等几乎和O不成键，无法消除O上的非键轨道，而B位阳离子如B，Be，Mg，Al等与O间形成可观的化学键，能有效消除O上的非键轨道。我们提出了一种经过修改的价键和(BondValenceSum)方法，发现B位阳离子和O的价键和可以作为量化紫外硼酸盐晶体结构与带隙构效关系的参数。该方法虽然简单，却能够直接从晶格的微观结构出发，精确地预测紫外硼酸盐的带隙，对进一步设计和寻找新型紫外非线性光学晶体具有重要意义。
第三方面:我们将引入B位阳离子消除O上非键轨道以提高带隙的方法推广到含氟碳酸盐，并预测了两种尚未合成的材料LiBe2C2O6F和NaBe2C2O6F。其声子谱没有虚频，是力学稳定的，因而能够实际稳定存在。并且，它们具有媲美KBBF的大带隙和更大的折射率各向异性与倍频系数，一旦成功找到，有望在紫外区获得应用。
第四方面:为获得较大双折射率，探索紫外非线性光学晶体的传统思路是要求晶体中所有BO3基团尽可能的相互平行，例如BBO，KBBF系列，SBBO系列等一大批经典的非线性光学晶体。我们研究发现，实际上不要求BO3基团相互平行，而只要求晶体中BO3基团都尽量平行于同一条直线，也可以使晶体具有大的双折射率。在此思路下，我们找到一系列硼酸盐（LiB6O9F，NaBeB3O6和γ-KBe2B3O7），在其中BO3基团并不相互平行，而是连接成网状，而且它们都平行于某一个晶体轴。第一性原理计算表明，这些晶体的确具有较大的双折射率。这为新型紫外非线性光学材料的研发提供了新的搜索方向。