原子相干是控制光与原子相互作用的有效方法。本文对比研究不同三能级原子系统中自发辐射相干对电磁感应相位光栅的影响。结果发现, 自发辐射相干可以显著增强一阶衍射效率, 但是不同系统一阶衍射增强的程度不相同, 与原子相干程度的依赖关系也有区别。对于Lamda和Ladder型系统, 一阶衍射效率随自发辐射相干程度的增强而增强, 其中Ladder型系统更明显。与此不同, 对于V型系统, 在自发辐射相干程度相对较小的区域出现一阶衍射效率的增强。

在不对称双量子点系统内，基于半导体量子相干效应对电压隧穿诱导光栅进行了研究。利用该系统内的电压隧穿效应，可以在两个不同的探测失谐位置处同时诱导出电磁感应透明，在此基础上通过调节相关参数改变吸收性质，弱吸收条件下的相位光栅强度尤其是一阶衍射强度在特定探测失谐位置处得到了增强。研究了隧穿电压、泵浦场强度、相互作用长度等参数对相位光栅效率的影响，结果显示，当同时增加泵浦场强度及电压隧穿率时，相位光栅的一阶衍射效率提高了50%左右。研究结果在量子信息处理、量子网络及光学成像等领域有潜在的应用价值。

本文在三能级级联结构的非对称半导体量子阱中研究了荧光的高阶量子关联效应。利用三个激光场同时驱动三个偶极允许的跃迁时, 研究结果发现强度- 强度关联函数和强度- 振幅关联函数依赖于驱动场的相对相位及拉比频率。在三个驱动场拉比频率相等的条件下, 相对相位为0时, 二阶关联呈现出强关联; 相位不为0时, 二阶关联为一般关联。不仅如此, 我们发现改变相位可以调节三阶关联函数时间不对称性程度, 相位为π/2或3π/2正时和负时关联函数表现了较好的对称性。另外, 我们发现通过调节拉比频率的大小可以实现二阶关联由强关联向一般关联效应转换, 三阶强度- 幅度关联的值得到极大增强。最后, 利用修饰态绘景我们分析了上述现象内在的物理机制为多重量子干涉效应。这些结果可能对于高精度测量和产生单光子源具有潜在的应用价值。

分析了三能级Λ原子系统内三色操控引起的色散转换、Kerr非线性增强效应及三色操控对布居反转的影响。分析表明，三色调控下多个双光子通道之间的干涉将引起多个透明窗口内的Kerr非线性增强和布居反转频带增宽。而三色场内两边频场的相对相位之和对色散变换、布居反转和Kerr非线性增强效应也起着至关重要的影响。相位之和从0调为π，将引起多个频带内色散正负转换，从而使得慢光速向超光速转换，引起Kerr非线性增强对应的频带位置改变，并引起布居反转对应的频带进一步增宽。相位之和影响以上非线性效应的原因也得到了分析。

从理论上研究了不对称双量子点系统内的Kerr非线性增强效应。系统内量子点间的电压隧穿效应，可以在两个不同的探测频率位置同时诱导电磁感应透明。调节隧穿电压及控制光场可以改变吸收性质，从而得到其中一个透明窗口内无线性和非线性吸收的Kerr非线性增强效应。分析表明，量子点间的电压调控引起的隧穿是产生Kerr非线性增强的关键因素。

We demonstrate that a finite number of nano-slits can realize beam splitting and focusing of light by coating the metallic film surfaces with nonlinear Kerr medium. The numerical simulation shows that the beam splitting and focusing can be controlled by the incident light intensity. The splitting angle is quasi-periodically modulated by the incident light intensity, and the focusing length of forward propagating transmitted light decreases as the incident light intensity increases. These effects are explained by the surface plasmon polariton Bloch modes and self-focusing theory.

A theoretical investigation is carried out into the cross phase modulation (XPM) in an asymmetric double AlGaAs/GaAs quantum wells structure with a common continuum. It is found that, combining resonant tunneling-induced transparency and constructive interference in the third-order Kerr effect, a giant XPM can be achieved with vanishing linear and nonlinear absorptions, accompanied by the velocities of the probe and signal fields being matched. Furthermore, this giant XPM could induce a \pi-phase shift at a single-photon level which is favorable for the applications in two-qubit quantum logic gates.