自旋可以作为量子信息的载体，是下一代信息革命的候选之一，自旋电子学近年来受到了广泛的关注。为了实现基于半导体的自旋电子器件，需要寻找具有自旋寿命足够长的半导体材料。因此，半导体材料中载流子的自旋弛豫成为半导体自旋电子学的一个重要研究内容。　　半导体自旋电子学研究的常用光谱技术包括汉勒效应，时间分辨光致荧光谱以及时间分辨法拉第/克尔旋转技术等，可以直接用于超短时间尺度的动力学研究。但是，这些方法在探测时均需要光激发在系统中产生自旋极化，从而会引起掺杂样品中载流子系统的热化，以及光生空穴导致的电子自旋弛豫。自旋噪声谱(Spin noise spectroscopy,SNS)是一种新型的基于法拉第旋转的光谱探测技术，可以有效地减少上述影响。SNS技术采用低于半导体带隙的线偏振光作为探测光，去“感知”待测系统中的随机自旋涨落在光传播方向上的分量，从而获取自旋动力学的相关信息。　　热平衡态系统中的随机自旋涨落引起的自旋极化信号非常微弱，为信号的采集带来了很大的挑战。在SNS系统搭建过程中，我们采用自制的基于现场可编程门阵列(FPGA)的高速数据采集卡(DAC)，通过对时域信号进行实时采集与快速傅里叶变换(FFT)，提取混杂在系统固有噪声中的SNS信号。我们首先在碱金属铷原子气体中实现了SNS的测量，并通过改变外加磁场大小观测SNS峰位的变化，证明了信号的可靠性。当所加磁场较大时，自旋噪声峰发生明显劈裂，这是源于磁场作用下铷原子基态超精细能级的塞曼劈裂。　　我们进一步研究了均匀展宽与非均匀展宽系统中的自旋噪声，多普勒展宽的铷原子气体是非均匀展宽系统，而添加了250Torr氮气缓冲的铷原子气体是均匀展宽系统。在传统的SNS探测构型以外，我们还设计了基于饱和吸收谱的探测构型。对于展宽机制不同的这两种系统，我们都采用了两种构型测量了SNS随探测光频率的变化，发现两种系统中的SNS信号存在差异。从光与原子相互作用的角度出发，考虑不同展宽系统中原子对光谱贡献的方式不同，我们解释了其物理机制。基于饱和吸收谱构型的SNS测量结果，更是为我们的理论解释提供了强有力的证据。　　采用SNS技术测得的铷原子自旋弛豫时间，远远小于其他方法的测量结果。在均匀展宽系统中，测量结果主要受限于探测系统中DAC的频率分辨率，而噪声谱半高宽随探测光频率的变化则依赖于原子气对探测光的吸收所导致的自旋弛豫。在非均匀展宽系统中，测量结果受限于原子的渡越时间展宽，相应的噪声谱半高宽取决于原子的速度分布。　　最后，我们测量了半导体n-GaAs的自旋噪声谱，得到了杂质带中的局域电子的自旋相关信息，研究了局域电子自旋弛豫时间随探测光能量及温度的变化。结果表明，温度上升或探测光能量增大，均会导致自旋弛豫时间缩短，这是由于不同探测条件下探测到的电子的局域度不同。