胶体量子点,又称纳米晶,是指用化学方法合成的三个维度尺寸均在1～10nm范围的半导体颗粒,它是当代纳米技术研究的热点之一。由于量子限域效应,胶体量子点展现出不同于半导体体材料的电学和光学特性,包括荧光发射波长强烈依赖于粒径尺寸以及相比于量子阱更为集聚的态密度分布等。此外,胶体量子点合成过程相较于传统半导体生长加工技术而言成本低,耗时短,并且与喷墨印刷及旋涂工艺兼容。因此,胶体量子点在晶体管,太阳能电池,发光二极管,激光二极管,二倍频产生,量子信息,医学成像等诸多领域受到了广泛关注。本论文基于胶体量子点的荧光性质,探索了其在产生激光以及单光子发射两方面的应用。论文首先回顾了胶体量子点在光放大方面的已有研究成果,介绍了胶体量子点产生受激辐射的机制。接着,演示了一种基于微球腔和胶体量子点的光泵浦激光器。在该实验中,我们在不存在稳定几何轨道的过渡区域观察到激射现象。我们结合实验观测结果,利用三维有限时域差分方法计算微球腔内的模式分布,并提出有效半径概念来解释这一新现象。在单光子产生方面,我们提出使用微纳光纤与胶体量子点耦合的方式,将单个胶体量子点荧光耦合入微纳光纤,进而直接导入到商用单模光纤中。我们成功演示了直接从光纤端输出的单光子源。实验结果表明微纳光纤收集效率比用水浸物镜收集再导入光纤的效率高一个数量级以上。与其他方案相比,我们的方案具有响应带宽大,出射光束形状与光纤传播模式匹配等优势。相较于光激发单光子源,电激发方式因更利于芯片级集成而在实际应用中更受青睐。本论文回顾了现有的室温电注入单光子源的实现方式,并指出在此类器件中,如何将载流子复合电流集中到特定发光中心而非其他缺陷中心或载流子传输层是实现高纯度电注入单光子源的关键。我们提出在传统胶体量子点发光二极管结构的电子和空穴传输层中引入一层合适厚度的绝缘层,将分立的胶体量子点埋在此绝缘层中。该绝缘层极大地降低了(空穴)直接向空穴(电子)传输层迁移的速率,而没有过分阻挡电子(空穴)向量子点的迁移。实验结果表明,该方案的确能有效抑制空穴传输层的电致荧光带来的背景噪声。基于上述的结构设计,我们首次实现了室温工作的电注入高纯度单光子发射。实验中最优器件的电致荧光双光子发射概率比同种胶体量子点的光致荧光双光子发射概率更低。为了解释该现象,我们深入分析了电注入方式和光注入方式中激子/载流子的动态过程的异同,发现量子点在电激发条件下,双激子的产生速率更低。基于该思想,我们使用速率方程对两种激发方式进行了数值仿真计算,结果与实验吻合。