近些年来,随着光电科技不断的发展,非线性光学成为了光电技术中不得分割的一部分,并与其他的研究领域形成了一系列的交叉科学。半导体量子点材料因其独特的量子限域效应、表面效应和较强的非线性光学效应等,在光开关、光限幅、光通信等领域呈现出非常广阔的应用领域。因此,半导体量子点的光物理特性研究已经成为了21世纪的研究前沿,并对未来科学技术的进步起到了深远的影响。本文以水溶性PbS、ZnS、Ag2S量子点溶液为研究对象,对其光物理特性,尤其是非线性光学特性进行了较为深入的研究。文章介绍了非线性光学和半导体量子点材料的发展和研究现状,系统综述了传统Z扫描技术和Top-hat挡板Z扫描技术的实验装置和理论分析,对三种水溶性量子点溶液的制备及表征也做了较为详细的说明。基于Top-hat光束Z扫描技术,我们搭建了实验光路。在纳秒、皮秒、飞秒脉冲宽度下对三种样品进行了非线性吸收特性和非线性折射特性进行了研究,计算了非线性吸收系数、非线性折射系数和三阶非线性极化率。同时,在飞秒脉冲宽度下比较了三种样品非线性光学特性的大小,分析了不同的激光波长和脉冲宽度对其非线性光学特性的影响。我们的研究为深入的探索半导体量子点材料的非线性光学效应方面提供了切实的理论依据。