本文研究了一个循环四能级原子系统中的增益相位光栅效应，基于微扰理论，用密度矩阵方法计算了稳态条件下信号场的极化率，分析了影响信号场衍射效率的相关因素。结果表明，在循环四能级原子介质中，合适的抽运场、调制场和耦合场共同作用，使得信号场产生增益。当光场失谐较小时，利用抽运场、调制场和耦合场可以调控信号场的振幅和相位，使信号场的能量放大，并将能量从零阶衍射方向转移到高阶衍射方向。当抽运场拉比频率约为1.67γ时，一阶衍射效率急剧增加，说明在调控过程中有阈值产生。该光栅在全光开关、全光调制、全光逻辑门等新型光子器件中具有重要的应用。

研究了一种N型四能级原子结构中的近共振增益光栅(NRGG)效应。结果表明,当耦合场的失谐值为0,探测场和调制场的失谐值接近于0时,利用调制场和耦合场可以调控探测场的增益和相位,使得探测场的能量和高阶衍射效率都得到显著提高。在这个过程中,调制场强度存在阈值。获得了具有增益高、衍射能力强和阈值可控的光栅,该光栅在全光开关、全光逻辑门和全光调制等应用中将会发挥较大的作用。

我们在一个循环四能级相干原子系统中,理论研究了抽运场与调制场强度对信号场增益的作用。研究表明,在循环四能级相干原子介质中,调制场改变了四个能级间的粒子数布居分布,导致信号场被增益放大。对于N型四能级原子系统,当加入微小的调制场(调制场强度与信号场相等)时,共振处信号增益峰值提高了12倍。相干抽运场诱导信号场放大,且改变抽运场强度可以实现信号场由对应粒子数反转增益到无粒子数反转增益。且随着抽运场强度增加,共振增益的取值先变大后变小。该循环系统在光放大及增益效应研究中可能有重要应用。

分别在冷原子和室温原子系统下对电磁感应光栅(EIG)效应进行了理论研究。研究结果表明, 冷原子和室温原子的一级衍射效率分别可以达到32.5%和30%, 这两个衍射效率都非常接近正弦相位光栅的理想衍射效率。在实际情况中,冷原子系统比室温原子系统更难制备, 系统更为庞大, 且对实验要求更高, 因此, 利用室温原子实现EIG更有优势。当信号光和探测光的功率极低时, 仍然可以产生EIG效应, 且其一级衍射效率接近于理论最大值,该结论可以用来实现弱光对弱光的调控。

在原子相干效应条件下，由于场与原子之间的相干耦合，导致原子能态的相干叠加，因而导致与之作用场的光场特性发生变化。本文研究了两束光与原子样品相互作用下，量子化光场的噪声谱，结果得到了在一定的失谐范围内，光场起伏存在1．25dB的压缩，继而可以用来实现量子起伏纠缠。

对Λ型三能级原子电磁感应透明(EIT)过程中辐射场的二阶相干度进行了研究。理论分析表明,在电磁感应透明系统中,由于原子的相干效应导致其上能级共振荧光场的二阶相干度将呈现单光子场的量子统计特性。并对其随耦合场强度和探测光失谐的变化进行了详细的分析和讨论,结果发现:在Ω>(Γ2+Γ3)/2情况下,采用较弱的耦合光功率(由拉比频率Ω表征)及较大的探测光失谐,在较长时间延迟范围内,二阶相干度保持小于1,更利于实现非经典场的量子统计行为;相反,在Ω≤(Γ2+Γ3)/2情况下,探测光的失谐量越小,越利于获得二阶相干度小于1的量子统计光场。由此可见选取合适的参量可优化电磁感应透明过程中单光子场的量子统计特性。

用饱和吸收光谱法对半导体激光器进行稳频,通过对反馈回路的优化设计,得到具有高信噪比的饱和吸收光谱微分误差信号,从而大大提高了半导体激光器的频率锁定灵敏度及长期稳定性,该系统可用于Rb原子的激光冷却与囚禁。