与结构简单的半导体纳米晶（Nanocrystals）相比,核心外延生长一个或多个具有较大带隙的壳,形成的核壳结构半导体异质结,可以消除表面的悬空键并有效减少了由表面缺陷引起的非辐射复合。这类纳米晶不仅具有高量子效率和光热稳定性,还具有较长的荧光寿命,使得其在新型太阳能光伏器件、发光二极管、生物成像、光电探测器和纳米激光等应用中具有非常广阔的应用前景。作为一种新兴的光学活性材料,手性分子修饰的半导体异质结引起了人们的广泛关注。手性半导体异质结具有独特的光学特性,包括手性光学和超快非线性光学行为。手性光学行为,如圆二色谱、圆偏振荧光,在圆偏振发光器件、荧光探针和手性识别等领域具有光明的应用前景。此外,与传统的有机分子相比,基于无机半导体异质结的荧光探针,具有荧光寿命长、多光子吸收强的优点。因此,无机半导体异质结在高分辨荧光成像方面具有光明的应用前景。然而,目前对半导体异质结的手性光学和超快非线性光学行为的研究还很少,严重地限制了其在相关领域的应用。基于此,本论文结合多种光谱技术,即吸收谱、荧光谱、荧光寿命、圆二色谱、圆偏振荧光谱、Z扫描技术、多光子荧光谱和飞秒瞬态吸收谱等,深入研究了半导体异质结的手性光学行为以及超快非线性光学行为。具体的内容包括:（1）研究了半胱氨酸修饰的CdSe/CdS点/棒纳米晶及其掺杂在聚乙烯醇（PVA）膜中的手性光学行为和非线性光学行为。研究表明,纳米晶薄膜的圆二色谱和圆偏振荧光的各向异性因子相比于在水溶液中提高了一个数量级。（2）研究了半胱氨酸分子修饰的CdSe/CdS点/棒纳米晶的超快动力学过程和多光子吸收行为。实验结果表明,纳米晶在第I和第II生物窗口具有非常大的双光子和三光子吸收作用截面。此外,CdSe/CdS点/棒纳米晶薄膜具有巨大的双光子和三光子吸收系数,表明这类材料在非线性手性光子学方面具有重要的应用前景。有趣的是,纳米晶的单重态氧产生效率高达35%。此外,研究了点/棒纳米晶的双光子荧光寿命成像和光动力治疗。这些水溶性CdSe/CdS点/棒纳米晶的优良光学性质表明,它们在非线性生物成像应用中有光明的前景。（3）研究了一类II型ZnSe/CdS/ZnS核/壳/壳纳米晶的线性和非线性光学行为。通过测量纳米晶随温度变化的荧光谱,揭示了它们的激子性质。借助飞秒瞬态吸收光谱观察ZnSe和CdS界面处发生的超快过程,例如将光致电子注入CdS壳和将光致空穴注入ZnSe核以及随后的弛豫过程。最后,使用Z扫描技术确定了它们在不同波长下的多光子吸收截面。ZnSe/CdS/ZnS核/壳/壳纳米晶优良的光学行为表明这类II型异质结在光电子器件和荧光成像等方面具有重要的应用。