寻找响应速度快，非线性效应强的半导体材料对于研制未来光计算机中的光开关、光逻辑运算器件，对于研制高速光交换系统，实现全光通信都具有重大的意义。特别是发展以硅为基质的光电子材料，对于实现光子集成和光电子集成具有特殊的重要意义。纳米硅基材料由于其特殊的小尺寸微结构所产生的量子限制效应，克服了硅作为光子材料的一系列先天性不足，从而大大提高了其非线性。本文介绍了硅基光电子学研究现状和发展前景，分析了半导体材料产生光学非线性效应的机理，较充分地阐述了纳米材料和量子阱超晶格材料的结构特征、制作方法，及其由于量子限制效应所产生的特殊光学性质。在实验方面，测量了nc-Si:H薄膜和nc-Si/SiO₂超晶格的Raman谱，并从其纳米结构出发探讨了吸收光谱发生“蓝移”的量子限制效应；用泵浦-探测法测量了nc-Si:H薄膜的激子非线性，观察到了激子吸收饱和现象，得到其非线性折射率n₂=6.58×10^-7esu，并利用量子限制效应对结果做了简要分析；用闭孔和开孔Z-扫描分别测得nc-Si/SiO₂超晶格非线性折射率n₂=1.67×10^-6esu，非线性吸收系数β=5.68×10^-8cm/W；用四波混频法测得nc-Si/SiO₂超晶格三阶非线性极化率χ³=5.84×10^-8esu；从量子限制效应出发探讨了nc-Si/SiO₂超晶格产生较大非线性的原因，并对nc-Si:H薄膜和nc-Si/SiO₂超晶格两种材料的应用前景做了展望。