自上世纪激光诞生以来,激光技术得到了日新月异的发展。随着激光技术的出现,非线性光学和量子光学发展成为一门新兴的学科分支,是现代学科中最活跃的科学前沿之一。非线性光学是研究光与物质相互作用过程中出现的一系列新奇现象。目前,人们对非线性光学的研究正逐渐从理解光和物质相互作用过程的现象、本质和规律性转向利用半导体材料实现非线性光学的过程。在三阶非线性光学中的光克尔效应和四波混频效应是目前人们研究较多的两种非线性光学效应。因为克尔效应在产生单光子和光孤子、增强折射率等方面有着广泛的应用。四波混频效应除了被用于波长转换器的研究外,另一个重要的应用就是全光开关。全光开关被认为是未来量子信息科学中的关键技术之一,所以非线性光学效应对未来量子信息科学等方面的研究有重要的应用价值。从实际应用的角度,半导体材料具有易于选择材料和有大的电偶极矩等优点,所以把非线性光学研究拓展到半导体量子阱结构中,它有更大的实际操作价值,可以促进基于量子特性的半导体光学器件的研究和开发。众所周知,在半导体量子阱结构的导带中,由于尺寸效应受限二维电子气表现出与原子类似的特性,并且量子阱结构可以灵活设计。所以在半导体量子阱中再现原子介质出现的非线性光学效应引起了人们越来越多的关注。本论文主要工作是设计半导体量子阱结构中导带出现的能级,研究由于双量子阱结构中共振隧穿诱导的自克尔非线性效应增强和四波混频转换效率的提高。本论文主要内容由如下五部分构成：第一部分,主要是对基础理论知识的阐述,用量子理论解释了在光波间产生的量子干涉效应,电磁感应透明效应。同时描述了三阶非线性光学效应中的克尔效应和四波混频效应及其发展与应用。第二部分,主要是光与物质相互作用的半经典理论,阐述了量子系统中三种基本绘景和在我们研究的量子阱中非线性效应问题会用到的两种近似方法,描述了在量子相干光学研究中可以应用的概率幅方程的求法方法。第三部分,重点讲述了在非对称量子阱中共振隧穿诱导的自克尔非线性增强,结果表明在共振隧穿的诱导下可以在弱吸收的透明窗口内获得增强的非线性自克尔效应。第四部分,我们讲述在非对称双量子阱中共振隧穿诱导高效的四波混频效应,结果表示在共振隧穿诱导下可以提高四波混频的转换效率,在短距离内四波混频转换效率提高一个数量级。并探讨了两个控制场对四波混频转换效率的调控。第五部分是对全文工作的总结和对未来在量子阱中关于非线性效应的研究工作的展望。