本论文主要从理论上研究了半导体量子点和NV色心的相干光学性质的调控及应用,其中着重研究了利用暗态来实现原子核自旋的冷冻和极化。首先介绍了研究背景,基本概念以及应用前景。我们的工作主要包括两部分内容:用非线性量子光学效应来实现量子点和NV色心中原子核自旋的极化和涨落抑制;以及量子点在强场驱动下的非线性量子光学性质。量子信息和量子计算都需要维持电子的相干性,而与原子核自旋的超精细相互作用是引起电子退相干的主要原因,因此原子核自旋的涨落抑制是解决这一问题的关键。在第一部分中,我们就提出了一种冷冻半导体量子点中的原子核自旋的有效方法,主要是通过光场调制的相干布居捕获（coherent population trapping）以及微波场调制的电子偶极自旋共振（electric dipole spin resonance）实现的。电子偶极自旋共振能够加强电子自旋的翻转率,在一定的条件下还会引起双稳态的产生。通过对光场的调节,我们可以避开电子偶极自旋共振引起的双稳态,并获得极化度很高的原子核自旋态,而这对电子自旋相干时间的延长是十分有利的。在相干布居捕获和电子偶极自旋共振的共同调制下,经过500纳秒的制备之后,电子的自旋相干时间被延长了 1500倍。另外,我们还可以通过改变磁场的方向来满足暗态条件。通过旋转静态磁场的方向,我们能够使电子达到暗态,并得到分布宽度相当窄且极化程度很高的原子核自旋态。除了电子自旋外,NV色心中的单个原子核自旋也是量子比特的候选者之一。我们找出了造成其无法完全实现暗态的可能原因,并提出了采用“双暗态”来解决这一问题。然后我们还研究了半导体量子点在强场驱动下的辐射谱的调制,因为它能够帮助我们更好地去理解物理本质,并有着丰富的应用前景。通过把半导体量子点中的光学过程映射到量子输运过程中去,我们建立了光学中的辐射谱强度与量子输运中能带宽度之间的关系。此外,我们能够通过动力学的以及对称性的两种手段去调制半导体量子点的非线性辐射谱,包括高次谐波和超拉曼线两部分。特别是,我们可以通过调制获得一些不寻常的辐射谱,比如:只有超拉曼线组分的,或只有“奇次谐波”/“偶次谐波”组分的辐射谱。