电子和光子是物理学中两种非常重要的基本粒子，人们可以通过改变它们的态密度来调控它们的物理性质。采用光子晶体来控制量子点的发光特性是纳米光子学领域非常前沿的研究内容，比如利用光子晶体微腔来调控量子点发光在单光子源以及零阈值激光器方面具有非常重要的应用。量子点和光子晶体在制作纳米器件方面自身具有很多优势，所以分别研究它们的物理性质成为该领域的一个热点内容。人们利用非线性光子晶体可以制作光开关，利用量子点可以制作激光器和红外探测器等。半导体量子点和光子晶体的物理性质及其器件应用研究已经成为很重要的研究领域。 本论文主要围绕半导体自组织量子点和光子晶体展开，分别研究它们的物理性质和器件应用。通过研究量子点中的微区荧光特性和其中载流子的超快动力学过程，为量子点器件的响应速度方面提供实验依据；研究非线性光子晶体的物理特性，通过模拟实验设计非线性光子晶体的器件，同时实验制备光子晶体的样品，从理论和实验两方面研究光子晶体的线性和非线性的物理特性及其器件应用。本论文共分为以下六章。 第一章主要描述目前国内外在半导体量子点和光子晶体物理和器件方面的进展，同时说明课题开展的意义以及采用的研究方法和技术手段等。 第二章主要通过数值模拟方法研究了非线性光子晶体耦合腔波导(CCWs)的透射与入射功率的关系，发现光子晶体CCWs在高入射功率下透过率降低的原因并不是杂质带的移动，而主要是延伸态的Anderson局域。并且Anderson局域提供的强负反馈导致了近乎理想的光学限幅性能。然后，我们采用建立在有限时域差分(FDTD)技术上的Z扫描方法研究了非线性光子晶体中的增强因子与功率密度的依赖关系，结果证明Z扫描实验可以用来分析无损耗的非线性光子晶体。我们通过理论分析和数值模拟得到了不同频率下的非线性增强因子，发现增强因子依赖于输入功率密度和与入射功率密度相关的群速度。这些结论对于制作基于非线性光子晶体的器件非常重要。 第三章主要描述了如何应用PCIHVD技术制备高质量的胶体光子晶体，优化了制备系统和生长条件，并且通过SEM和透射谱的测量来表征制备的样品。接着，我们利用脉冲自相关的技术，研究了胶体光子晶体中的慢光速和超光速现象，在带边和带隙分别观测到慢光速和超光速，并且显示出制备的样品具有很好的均匀性和很低的缺陷密度，说明在光子晶体带边要获得明显的慢光速和非线性增强效应，样品的质量比样品厚度具有更加关键的作用。另外，我们从实验方面研究了飞秒超短脉冲在高非线性光子晶体光纤中产生的超连续谱，得到了不同泵浦功率下输出的超连续激光光谱。这些结果对于制备和发展基于光子晶体及其光子晶体光纤的器件具有一定的指导意义。 第四章主要描述一种新颖的基于传统单光束操纵和Z扫描技术操纵大量微米粒子形成有序结构的方法。我们首先给出了Z扫描光操纵的物理机制，系统地研究了采用Z扫描光操纵微米粒子时出现的一系列有趣现象。详细研究了有序结构的质量与操纵光功率和扫描速度的关系，并且讨论了组成粒子的材料和尺寸对有序结构质量的影响。另外，我们利用飞秒脉冲干涉形成的势阱实现了对大量粒子的光操纵，并且形成了二维光栅形状的粒子有序结构。这些研究结果对于设计和制作全光功能器件具有潜在的应用价值。 第五章利用泵浦一探测技术测量未掺杂和p掺杂InAs/GaAs量子点的微分反射率，我们采用FDTD数值模拟和介质膜理论从数值和理论上研究了微分反射率和量子点结构参数的依赖关系。测量了不同激发功率下未掺杂和掺杂量子点的光致荧光谱，并且进一步研究了不同激发密度和激发波长下未掺杂和p掺杂量子点的微分反射率，得到了量子点中载流子的俘获时间。发现p掺杂量子点中内建空穴对于量子点中载流子的动力学过程具有非常重要的影响。这些结果对于量子点器件制备及其应用方面具有非常重要的意义。 第六章总结了本论文的主要研究内容，并列出了我们取得的主要创新性成果及其可能的实际应用，并对可能开展的后继研究进行了说明。