GdTaO4和LuTaO4是具有快发光衰减的新型重闪烁体。采用全谱拟合方法拟合了808 nm 激光二极管(LD)激发的M相Nd∶GdTaO4和M′相Nd∶LuTaO4的光致发光谱, 给出了它们的跃迁强度参数Akt,p。在808 nm 激光激发下, GdTaO4中Nd3+离子4F3/2能级的上下两个晶场子能级的粒子布居数比例接近1, 而在Nd∶LuTaO4中则为1.30、1.41, 表明在808 nm激光激发下, Nd3+的4F3/2两个晶场子能级间的无辐射弛豫速率与激发速率相近。通过给出的跃迁强度参数Akt, p计算了Judd-Ofelt跃迁强度参数Ωt, 计算了Nd3+在GdTaO4、LuTaO4中的2P3/2跃迁几率, 表明GdTaO4和LuTaO4中Nd3+的数百纳秒发光跃迁是由高的无辐射跃迁几率导致的快发光衰减。

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。

基于精确的角动量依赖的模型势,提出了利用激光脉冲驱动He原子产生布居数可控的基态与较低激发态的制备方案。通过数值求解三维含时薛定谔方程得到了相应的波长、峰值强度和脉宽激光参数。数值模拟结果表明,对于2s、2p、3p激发态,激光脉冲结束时的布居数均可达到100%。而对于3s和3d态,由于它们之间的能级差较小,且存在一定的电离几率,布居数最高仅到80%和86%。

在非旋波近似下,研究了频率随时间变化的相干态光场与二能级原子的相互作用,讨论了光场频率随时间作正弦和方波变化时,原子布居数反转随时间的演化特性。数值计算结果表明,当光场频率不随时间变化时,原子布居数反转的周期随着平均光子数的增大而增大;当光场频率随时间作正弦变化时,原子布居数反转塌缩回复的周期和振幅受到了很大影响,光场频率对演化曲线的振荡频率起到了调制作用;当光场频率随时间作方波变化时,原子布居数反转塌缩回复的周期发生了改变,而且出现了新的塌缩回复现象。

提出了基于探测高能级上原子布居数实现近简并准Λ型四能级原子系统局域化的方案。利用微扰理论求解薛定谔方程得到了基于上能级原子布居的原子位置的条件几率分布表达式。理论分析了原子局域峰的位置及宽度，得到了它们的解析表达式，给出了原子局域峰分裂的条件。研究表明，当系统中的耦合场和探测场满足电磁诱导透明配置条件或高能级向近简并的两个低能态跃迁的几率幅相干相消时，不能实现原子局域化。在电磁诱导透明窗附近，可以实现高精度原子局域化。原子局域峰的宽度取决于耦合场强度和近简并能级之间的间隔。

在非旋波近似下对双光子Jaynes-Cummings（J-C）模型与单模相干态光场相互作用的量子特性进行了精确求解。对双光子J-C 模型与单光子J-C 模型量子纠缠和原子布居数反转的演化特点进行了对比，讨论了平均光子数、光场与原子之间的耦合强度以及失谐对量子纠缠以及原子布居数反转的影响，数值计算的结果表明，随着光场与原子之间耦合强度的增大，量子纠缠的周期性逐渐消失，随着平均光子数的增加，纠缠达到较稳定的最大值所需时间逐渐增大。无论耦合强度、平均光子数还是失谐的增大，由非旋波项产生的虚光子效应逐渐增强，量子纠缠演化曲线和原子布居数反转的塌缩区出现小锯齿状振荡。

运用全量子理论的方法, 研究了在驻波激光场中单个囚禁离子布居数反转的动力学特性, 分别讨论非线性参数η和驻波场的相位φ 对离子布居数反转崩塌-复原现象的影响。结果表明, 随着η的增大, 离子的布居数反转崩塌-复原的周期变短,振荡频率变大。 但当η超过某一临界值时,离子布居数反转崩塌-复原的轮廓变得不明显。 另外,驻波激光场的相位也对囚禁离子布居数反转的动力学特性有明显的影响, 随着φ的增大,离子的布居数反转崩塌-复原的周期变大,振荡频率变大。

利用多光子反Jaynes-Cummings模型研究了单模相干光场与两个全同的纠缠 二能级原子相互作用时纠缠原子的 布居数演化,并讨论相干光场的平均光子数及跃迁光子数对纠缠原子布居数产生的影响。结果表明：随着 相干光场平均光子数的增加纠缠二能级原子处于激发态和基态的几率差减小,布居数的振荡曲线整体上移; 随着跃迁光子数的增加纠缠二能级原子处于激发态和基态的几率差增大, 振荡曲线整体下移。

运用全量子理论和数值计算方法,研究了双J-C模型中处于混态的双原子系统粒子布居差的时间演化规律, 讨论了原子初态及腔内光场对粒子布居差演化的影响。计算结果表明：当两腔内的平均光子数相同时, 布居差的演化只与两原子的初态纯度和光场强度有关,与两原子的初始纠缠无关;而当两光腔内的平 均光子数不同时,粒子布居差演化不仅与两原子初态纯度和腔内光场有关,而且还强烈地依赖于两原子的初始纠缠。

为了找出原子运动对原子布居演化的影响,通过建立两原子在一光学谐振腔中运动的模型，用量子力学分析原子具有不同速度时两原子布居数演化.研究结果表明，当光学腔中光场处于相干态，而原子处于运动中时，两原子的能级布居演化与光学腔场模结构相关联. 假如初始时刻原子的位置固定在腔中某一位置，两原子的布居演化在少光子数呈现出周期性,多光子数时表现出崩塌和回复现象;假如初始时刻两原子在光学腔相干态光场中处于运动状态，则两原子的布居数随时间的变化将呈现出周期性.通过设定两原子以不同运动速度沿谐振腔轴向运动，得到原子布居数以不同周期演化，演化周期为两原子与场耦合系数变化周期的最小公倍数.在光场平均光子数增多时，原子布居数振荡将加快.演化程度与两原子初始态有关.在光场平均光子数较少时，两运动原子的布居数演化显得规则有序.因而，通过适当的选择两原子的速度和初始光场，就能对两原子的布局数演化的程度和周期进行控制.