近年来,光学自由度和机械自由度之间的耦合不断地吸引着广大科研人员的关注,因此,光力系统一直都是一个研究的热点。随着现代纳米科学技术的不断进步,机械谐振器的尺寸已经大大缩小到了一个纳米数量级,各种各样的谐振器得以制备,为纳米机械系统的量子光学特性研究提供了一个良好的平台。通常情况下,纳米机械振子的质量和体积极小,耗散相对较低并且拥有很高的品质因子和振动频率。因此,在进行高精度引力波检测、位移计算、质量传感等方面都有着十分重要的技术应用价值。在本论文中,我们主要研究了领域内的三个系统,即量子点-半导体纳米线的耦合系统,NV色心的电子自旋-纳米机械振子的耦合系统和NV色心-光子晶体纳米腔的耦合系统。全文共分为五章。第一章为绪论,首先我们对纳米机械系统、量子点、NV色心做了一个简介,然后介绍了光学极化率和质量传感原理,以及用到的光学pump-probe技术。第二章中,我们理论上研究了一个量子点与-半导体纳米线的耦合系统,通过对其探测吸收谱的分析,发现了模式分裂的效应,并且发现分裂的两峰之间的间距与该系统的耦合强度成正比,根据这一特性给出了系统耦合强度的确定方法。此外,还给出了能精确地测出机械振子的振动频率的方法。由于沉淀到纳米线自由端上的纳米颗粒会引起探测吸收谱中尖峰的平移,提出了一种在室温下进行纳米颗粒质量测量的纳米光机质谱仪。第三章中,我们提出了一种基于自旋-纳米谐振器耦合系统,利用泵浦探针技术和NV色心的自旋读出技术进行室温下非线性质量传感的方案。系统是由NV色心和一个纳米机械悬臂组成。纳米机械振子的谐振频率可以用于研究非线性克尔效应及其影响因素。此外,根据吸收谱中尖峰的频移与纳米谐振器上的附加物引起质量变化之间的关系,该系统可以用室温下的非线性克尔谱来检测DNA分子的质量。第四章中,我们提出一个由氮-空位中心（NV）和光子晶体纳米腔组成的腔量子电动力学系统,并研究了该杂合系统在弱耦合、中间耦合以及强耦合条件下的光与物质的相互作用。结果表明,在不同参数条件下,通过控制系统的耦合强度,吸收过程中表现为真空Rabi分裂谱线的变化。第五章是总结和展望。图[14]参[127]。