本发明提供一种键合型聚氨酯非线性光学材料及其制备方法和应用，通过将小分子芘基席夫碱衍生物连接到聚氨酯体系中，制备得到的键合型聚氨酯非线性光学材料，使得原本不具有光学非线性的聚氨酯材料相比于小分子芘基席夫碱衍生物，具有更强反饱和吸收和光限幅性能。可以通过改变加入小分子芘基席夫碱衍生物的含量，来控制其自身的光学非线性大小，已达到调节其光学非线性性质的目的，具有可控的光学非线性响应。本发明键合型聚氨酯非线性光学材料的光学非线性响应速度快，回复时间短，在皮秒时域内不可分辨，可制备成为光限幅和全光开关材料进行应用。