随着精密测量的发展, 量子噪声已经成为精密测量中的重要噪声来源。借助光场的压缩、量子纠缠等非经典特性的测量手段突破量子噪声极限, 从而提高测量精度; 另一方面, 无噪声放大技术可以实现信号的无噪声放大, 从而提高测量的信噪比。本文结合压缩态及无噪声放大技术的优势, 实现了一种基于无噪声放大的量子精密测量增强方案, 与经典测量相比, 信噪比增强到2.00倍。

运用全量子理论,探讨了 Pólya态光场在与Λ型三能级原子相互作用时,原子初态及某些光场参数对粒子布居数反转、光子反聚束效应以及光场压缩特性的影响。结果表明: 原子处于不同初态时,光场概率参数、最大光子数及光场分布参数对系统光场粒子布居数反转的回复-崩塌现象有着显著的影响;初态为激发态或相干叠加态时,在光场概率参数、原子相对失谐量、最大光子数和光场分布参数的影响下,系统光场均可在一定条件下表现为完全的聚束效应或者完全的反聚束效应,但初态不同影响规律也各不相同;如果初态处于激发态,且原子相对失谐量、光场概率参数和最大光子数同时较小,则系统光场的X1分量可以间歇性的出现短时间的压缩。

对于同一量子压缩光场，采用正交振幅噪声和强度差噪声测量方案会得到不同的压缩度，对此进行了理论解释。在输出信号无损耗的情况下，强度差噪声和正交振幅噪声的压缩度都随着增益的增大而增大，但前者小于后者。考虑损耗时，强度差噪声的压缩度反而大于正交振幅噪声的压缩度，说明正交化的振幅噪声压缩度对损耗更加敏感。

在非旋波近似下，对二项式光场与Λ型三能级原子相互作用的量子特性进行了精确求解。讨论了二项式光场系数以及初始时刻原子能级的叠加对二阶相干度和光场压缩特性的影响。数值计算的结果表明，随着光场系数的增大，反聚束效应持续时间逐渐增大，初始时刻原子能级的叠加导致光场聚束效应持续时间增大。无论初始时刻原子能级是否叠加，随着光场系数的增大，光场压缩效应持续时间均先增大后减小。由于非旋波项产生的虚光子效应，二阶相干度和光场压缩效应演化曲线出现小锯齿状振荡。

研究了Kerr介质中相干态光场与耦合V型三能级原子相互作用过程中场的量子性质.利用量子光学中光场与原子相互作用的耦合Tavis-Cummings模型,对系统的动力学过程进行了求解.讨论了系统初始状态、失谐量、原子间偶极相互作用强度及Kerr系数对光场量子性质随时间演化的影响.数值计算结果表明: 初态中场的平均光子数比较小时,光场能够展现出明显的量子效应;初始时刻原子激发态概率幅从小变大时,光场的反聚束效应变得越明显,而光场的压缩深度会先增大后减小;失谐量的变化对场的量子性质的影响不大,只是改变光场二阶相关函数和压缩参量振荡的周期;原子间耦合强度的增大使光场的反聚束效应减弱和光场的压缩深度变浅;Kerr系数的增大会增强光场的反聚束效应,而使光场的压缩深度变浅.

采用旋波近似分析了附加克尔介质非关联双模相干态场与Λ型三能级原子相互作用系统的态矢量演化过程，叙述了两种光场压缩效应及应用，给出了光子数压缩和正交相位压缩计算公式，通过数值计算，绘出压缩光场随时间的演化过程并讨论了克尔介质对光场压缩特性的影响，结果表明强的克尔效应可以使光场的压缩随时间演化呈周期性变化，失谐较大时，光子数压缩品质差。

在双模SU(1,1)相干态光场和V-型三能级原子玻色-爱因斯坦凝聚体相互作用系统中, 应用全量子理论, 在旋波近似下, 研究了双模光场的压缩特性, 分别讨论了光场与原子之间的耦合常数、原子之间的相互作用和光场参数对光场压缩特性的影响。研究表明, 光场的两个正交分量均被周期性压缩, 光场与原子的耦合系数和原子间的相互作用强度增大时均使得光场正交分量涨落的周期缩短; 光场参数的变化不影响光场压缩的周期, 对压缩深度有一定的影响。

运用全量子理论，研究了A型三能级原子与二项式光场相互作用过程中光场的量子特性；讨论了A型三能级原子初始状态和二项式光场系数对光场压缩和二阶相干度特性的影响。在选择较小的原子失谐量r和二项式光场系数η时，光场表现为光子聚束效应和反聚束效应交替出现，若上述参量较大时，光场呈现完全的反聚束效应；适当选取△和η，在一定时域内耦合系统光场的X₁分量将呈现出压缩效应。表明二项式光场与A型三能级原子作用时，光场在一定条件下将处于压缩态，且可呈现出持续的反聚束特性。

运用求解Schr(o)dinger方程和数值计算方法,研究了处于Bell态的两个全同二能级纠缠原子与双模纠缠相干光场相互作用系统的光场压缩特性,分析了双模纠缠相干光场的纠缠程度、双模纠缠相干光场的初始平均光子数对光场压缩性质的影响,以及两纠缠原子的相互作用强度对光场压缩性质的影响.结果表明:若初始时刻原子处在Bell态|β11>,则不出现光场的压缩效应,而处在另外三种Bell态时,在一定的条件下均可呈现光场的压缩效应.光场压缩效应不仅与初始光场的平均光子数以及原子的初态有关而且与双模纠缠相干光场的纠缠程度有关,但与两纠缠原子的相互作用强度的大小没有明显的关系.

研究了初始处于Schr?dinger猫态光场与纠缠态原子相互作用体系的压缩特性。通过数值计算，讨论了光场强度和相干态相位角对体系中的双原子偶极压缩和光场压缩的影响。结果表明：在弱场情况下，不存在偶相干态和Yurke－Stoler相干态与纠缠态原子相互作用的光场振幅压缩，但存在奇相干态与纠缠态原子相互作用的光场振幅压缩。在相同的条件下，不存在偶相干态与纠缠态原子相互作用的原子偶极压缩，存在奇相干态和Yurke－Stoler相干态与纠缠态原子相互作用的原子偶极压缩。在强场情况下，三种不同的光场分别与纠缠态原子相互作用，两种压缩现象均不存在。