半导体及其低维结构是凝聚态物理研究的重要对象之一，其中的自旋物理过程不仅包括丰富的物理内涵，而且有望通过结合半导体制造工艺而发展出新一代低功耗、高速度、高集成度的自旋电子学器件。实现半导体自旋电子学器件的一个关键因素是找到具有长自旋寿命和长自旋输运距离的半导体材料，因此有必要深入理解半导体中的自旋弛豫和自旋退相干机制。　　 时间分辨克尔旋转谱技术是半导体自旋电子学研究中的一种强有力的手段，在最近十几年中得到了广泛的应用。磁场装置是这一系统的重要组成部分，我们研制了一套可以在平面内360°任意旋转的永磁魔环装置，取代常见的电磁铁或超导磁体为时间分辨克尔旋转谱测量系统提供磁场。在保留原有功能的基础上，利用这套系统，我们可以非常便捷、经济地测量半导体结构中自旋相关过程的各向异性性质，为深入理解半导体中的自旋弛豫和自旋退相干机制提供了新的视角。　　 一般情况下，在闪锌矿结构的半导体体材料及其低维结构中，D’yakonov-Perel’(DP)自旋弛豫机制是载流子自旋弛豫的主导机制，其中引起自旋弛豫的有效磁场主要来自于两种自旋-轨道耦合效应：晶格体反演不对称导致的Dresselhaus效应和材料结构不对称导致的Rashba效应。利用这套基于永磁魔环的时间分辨克尔旋转谱测量系统，我们研究了(001)方向生长的GaAs/AlGaAs量子阱中电子自旋弛豫过程。当磁场沿[110]方向时，电子自旋的退相干时间比沿[110]方向增加10％左右，而g因子在这两个方向上保持不变。自旋退相干时间的各向异性由Dresselhaus效应和Rashba效应的强度比决定，这一结果与文献报道类似，也验证了本套系统的可靠性。　　 在GaAs(110)衬底上生长的量子阱中，体反演不对称性引起的自旋-轨道耦合产生的有效磁场沿着样品的生长方向，因此，有效地抑制了DP相互作用。我们利用时间分辨克尔旋转谱技术研究了GaAs/AlGaAs(110)量子阱的自旋弛豫过程。实验结果表明，自旋退相干时间均随着泵浦光功率的增加而减小，随着温度的升高而减小。这说明此处自旋弛豫的主要机制是BAP机制。在实验中我们还观察到g因子高达20％左右、非常显著的各向异性，并且与量子阱中GaAs电子波函数扩散至AlGaAs势垒层有关：当量子阱中的电子波函数往势垒中渗透的越多，各向异性也就越明显。　　 原子核自旋与电子自旋之间的超精细相互作用也会引起电子自旋弛豫。我们通过克尔旋转谱研究了在高迁移率GaA8/AlGaAs二维电子气体系中原子核自旋一电子自旋之间的相互作用。利用左圆与右圆偏振光分别激发样品，由于原子核自旋极化Overhauser场的存在，信号随外磁场的变化呈现了出不同的振荡周期。由此，我们定量地计算出了不同条件下Overhauser场沿外磁场方向的分量，计算结果表明，左圆和右圆偏振光激发时，它们大小接近，但方向相反。同样是在这个配制下，实现了光学诱导的核磁共振，通过在不同磁场下扫描声光调制器频率的实验，我们观察到了共振峰随着外磁场的线性响应。　　 利用自行搭建的微波调制反射谱测量系统，我们还研究了GaAs/AlGaAs异质结构中价带空穴到二维电子系统电子基态的跃迁过程，相应结果在附录中进行了总结。实验结果表明，随着测量温度的升高，能带带隙发生了蓝移现象；随着测量磁场的增大，能带带隙则发生了红移现象：它们均与GaAs/AlGaAs异质结构中价带空穴的能带填充效应有关。基于Kramers-Kronig关系的理论模拟给出了和实验测量相似的结果。