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Si、Ge体材料均为间接带隙半导体材料，其光学跃迁需要声子的参与，故发光效率很低。为了突破间接带隙半导体体材料在发光方面的应用限制，人们制备出多种半导体量子点材料。这些受到基质强烈三维限制的半导体量子点材料，表现出独特的发光和光学非线性特性，引起了人们的极大兴趣，为实现以硅基材料为基础的光电集成提供了重要的理论依据和物质基础。这类半导体量子点材料在发光、显示、信息处理、光电探测及高速光开关等领域有着广泛的应用前景。本文采用射频磁控共溅射技术制备了Ge/Al-SiO2薄膜，通过高温热退火工艺形成了含纳米Ge和纳米GeO2薄膜。采用X射线衍射谱（XRD）、傅里叶红外吸收谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）及紫外-可见吸收谱（UV-VIS）对薄膜材料的成分和微观结构进行了表征和分析。实验表明：经高温退火后的薄膜样品中出现了Nc-Ge和Nc-GeO2晶粒，并且GeO2晶粒尺寸随退火温度的升高先增大后减小。在室温条件下，用氙灯260nm的紫外光作为激发光源，对薄膜的光致发光谱（PL谱）进行测试。结果表明：Al的掺杂不仅促进了GeNOV缺陷和SiNOV缺陷中心的形成提高了薄膜中氧缺陷的浓度，还显著地提高了GeNOV中心和SiNOV中心的光发射效率，同时还在GeO2晶粒中引入了新缺陷能级，从而产生494nm这一特殊的发光带。采用皮秒激光脉冲单光束Z-扫描技术研究了Ge/Al-SiO2薄膜的三阶非线性光学特性，激发波长分别为532nm和1064nm。测得薄膜的三阶非线性极化率为x3=2.75×10-8（e su）。认为量子限域效应和双光子吸收效应是产生Ge/Al-SiO2薄膜非线性增强的主要原因，同时Al的掺入也增强了薄膜的三阶非线性效应。把Ge/Al-SiO2薄膜作为可饱和吸收体插入LD泵浦的Nd:YVO4激光器内，实现1.064μm激光的被动调Q运转，得到单个脉冲宽度为12.47ns脉冲波形，并结合薄膜的非线性吸收特性，分析了被动调Q的产生原理。同样把Ge/Al-SiO2薄膜插入闪光灯泵浦的Nd:YAG激光器中，实现1064nm激光的被动锁模运转，得到了脉冲宽度约为40ps的锁模脉冲，锁模几率和稳定性都较好。