光耦合扫描隧道显微镜将空间形貌分辨与激光光谱分析结合在一起，是研究许多光激发物理过程的独特的实验手段。本论文主要利用自主研制的低温超高真空光耦合扫描隧道显微镜研究半导体荧光性质和金属表面分子动力学，并设计了新的扫描隧道显微镜扫描头以实现真空腔内针尖替换。具体内容分为如下三个部分:　　1.利用光耦合扫描隧道显微镜研究ZnO的荧光性质。当针尖靠近样品表面时，观测到了很强的绿色荧光的增强，最大增强系数达58。同时观察到紫外辐射被抑制及二次谐波的产生。实验测量了绿色荧光强度随针尖样品距离，入射激光偏振，及入射激光波长的关系。讨论了双光子荧光机制和针尖表面等离激元共振对绿色荧光的增强效应。研究还发现，钨针尖比银针尖有更宽的吸收光谱，从而推测钨纳米颗粒可能更适用于等离激元太阳能电池的应用。　　2.利用光耦合扫描隧道显微镜研究水分子在Cu(111)表面的吸附及光激发动力学。观测到水分子团簇在Cu(111)表面的不同吸附构型及其在晶体表面的扩散和转动，对转动机理进行了解释。观测到深紫外激光的照射下水分子团簇空间形貌的变化，讨论了相关光致热电子转移机制。　　3.设计新的BesockeType扫描头，实现超高真空腔内针尖的替换。制作完成的新扫描头可以正常工作，与光学系统兼容。经过低温测试，得到了清晰的原子尺度的图像。