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本文利用有效质量理论研究了半导体结构中自旋相关的光学性质。全文共分五章，分别研究半导体微腔中GaAs量子阱和GaMnAs材料的Faraday旋转、以及GaMnAs中磁圆二向色性(MCD)的振荡行为，半导体材料中纯自旋流的光学直接探测，光子晶体表面graphene的探测以及graphene中朗道能级的磁光性质。
第一章和第五章分别为绪论(自旋电子学简介)和总结。
第二章研究了半导体微腔中GaAs量子阱激子跃迁的Faraday旋转。研究发现，微腔中GaAs量子阱的Faraday旋转比没有微腔时可以增大2个量级以上。而且，微腔中GaAs量子阱可以通过改变泵浦光和探测光的入射角度、改变外加电场或者样品温度进行调谐。通过改变泵浦光和探测光所对应的腔模的频率，Faraday旋转呈现出强的非对称结构，这种结构更有利于实验测量。微腔中这种巨Faraday旋转在低密度自旋探测中将起到重要作用，而且将是研究自旋动力学问题的有效工具。研究了GaMnAs体材料中的能级结构和磁圆二向色性，解释了MCD信号随磁场非单调变化的行为，获得了与实验一致的结果。研究了GaMnAs材料在微腔中的Faraday旋转，研究发现微腔中GaMnAs的Faraday旋转可以接近45°。
第三章提出了一种新的k空间分辨的光学测量方法——单-双光子干涉Faraday旋转，并讨论利用这种方法来探测GaAs体材料和量子阱中自旋流的可行性。研究发现，通过调节入射光角度、光的极化方向、光子能量、单-双光子的相对相位，可以改变单-双光子干涉Faraday旋转对自旋流的依赖。通过调节这些参数，可以获得自旋流的大小和方向。这种方法也可以用来探测自旋极化电流或是区分本征的和非本征的自旋霍尔效应。
第四章研究了graphene层位于Si/SiO2一维光子晶体表面时的反射率，研究了这种结构的反射率随graphene层厚度的变化情况。当graphene层位于光子晶体表面时，其可探测性被大大增强，而且可以通过改变探测光的波长和入射角度调谐。研究表明，这种现象主要是由于graphene的吸收和反射被增强所导致的。不同层厚时这种反射率的巨大变化可以使得探测graphene层的层数更为容易。本章研究了单层graphene中的朗道能级，以及朗道能级中的库仑相互作用。讨论了库仑相互作用和外加磁场对graphene中磁光效应的影响。研究发现，graphene中磁光效应和第一个朗道能级的占据有关。朗道能级中的库仑相互作用可以显著的改变光跃迁峰的能量和强度。