本文理论分析和实验测量研究了微波相位噪声对里德堡原子天线微波混频信号的影响。通过研究微波混频信号的相位噪声项,建立在信号场中加入相位噪声后微波混频信号强度变化的理论模拟图。实验基于室温铯原子气室中里德堡原子电磁感应透明光谱,实现里德堡原子|64S1/2?→|64P1/2?态的电偶极跃迁,得到频率13.806 057 GHz与13.806 000 GHz的微波场混频信号。同时,对混频信号强度的参数依赖关系进行研究。经实验发现,基于里德堡原子天线微波混频信号强度与参考场的功率有关,优化功率参数条件下,参考场可以实现约20dB的混频信号增强;当参考场调控里德堡原子达到微波混频效率最大时,在信号场中加入相位噪声,会导致混频信号强度的显著降低。

基于由矩形势垒调制的三能级Λ型相干介质中的电磁感应透明（EIT）现象，提出一种实现弱光水平下全光开关的理论方案。首先，在半经典理论框架下，导出描述光脉冲在系统中动力学演化的Maxwell-Bloch方程组，并通过多重尺度法，得到描述光脉冲在矩形势垒调制下传播的非线性薛定谔方程（NLSE）。其次，系统研究了单光孤子和双光孤子对称、非对称等入射情况下矩形势垒中传播模式与截止模式的激发特性，系统分析了入射双光孤子的相位、矩形势垒的强度和宽度等对矩形势垒中不同模式传播特性的影响。最后，基于上述研究设计出一种弱光水平下，通过改变矩形势垒特征参数与入射光脉冲相位的全光开光。

为了研究艾里涡旋光束通过电磁感应透明（EIT）介质的传输特性，利用ABCD矩阵光学理论推导出了艾里涡旋光束通过EIT介质的传输解析表达式。利用该解析表达式研究了艾里涡旋光束通过EIT介质的传输特性。研究结果表明，在特殊的传输距离处，艾里光束的主峰被叠加在上面的涡旋彼此破坏；随着传输距离增加，被破坏的主峰逐渐恢复，涡旋又重新出现。此外，通过调控电磁感应透明介质的拉比频率就可以实现对艾里涡旋光束主峰位置和任意场点光强的控制。

提出了由一个竖直的锑化铟（InSb）棒和两个水平的InSb棒组成的F型电磁感应透明结构。利用时域有限积分法计算了该结构的电磁特性，计算后得知，竖直InSb棒为电磁感应透明中的明模，两个水平InSb棒为暗模。本文通过改变两个水平InSb棒的距离以及竖直InSb棒与水平InSb棒的间距研究了电磁感应透明窗口的变化趋势，结果发现，电磁感应透明窗口的透射振幅出现了从开到关的状态调制。同时，由于InSb具有温度敏感特性，因此升高InSb的温度，可使电磁感应透明窗口的中心频率向高频移动，实现了对太赫兹波的主动调谐。该研究结果在光信号处理、光存储和慢光器件等方面具有潜在的应用前景。

对量子化的探测场在一维超冷里德伯原子样品中的传播特性进行研究。基于偶极阻塞效应,四能级原子的稳态电磁感应透明(EIT)光谱表现出典型的单光子水平的非线性现象:未饱和之前,探测场透射率和光子关联依赖于探测场强度。调整两个经典控制场的单光子失谐,能够实现对非线性EIT行为的灵活操控。通过改变拉比频率比例,可观察到四能级原子系统到三能级梯形原子系统的非线性EIT转变。

设计了一种具有电磁感应透明效应(EIT)的光频段全介质超材料, 其单元结构由垂直放置的倒L形介质块和水平放置的一字形介质块组成。根据米氏电磁谐振, 两个介质块的作用分别相当于亮态四极子模和暗态偶极子模。基于米氏亮暗模之间的电磁耦合, 在波长1 400 nm附近模拟实现了透射峰值超过0.9的低损耗EIT效应。利用数值仿真和“二粒子”模型深入分析了低损耗EIT效应产生的物理机制。研究结果表明, 透明窗的频谱位置与两个介质块的谐振频率失谐有关, 透明窗的凹陷深度与亮模的损耗有关, 透明窗的谐振强度和谐振宽度与两个介质块的耦合系数(距离)和暗模的损耗有关。提出的全介质超材料在慢光、非线性光学和光传感等方面具有潜在的应用价值。

提出了由石墨烯和两对对称开口谐振环构成的等离激元诱导透明(PIT)超材料结构，该PIT超材料结构之间的耦合形式为暗-亮-暗模式.通过有限元方法模拟，观察到双PIT透明窗口，通过改变石墨烯的费米能级或者改变开口谐振环的几何参数来动态地调制PIT窗口.理论结果表明，当石墨烯与两对对称的开口谐振环之间的相互作用距离为0.5 μm、石墨烯费米能级为1.5 eV时，可得到最优的双透明窗口.双PIT效应在非线性器件、可调谐传感器、开关和慢光器件等方面有潜在的应用价值.

基于当前的实验条件, 在半导体量子点中考虑声子辅助跃迁效应去构建环形四能级半导体量子点电磁感应透明介质模型。利用多重尺度法解析地研究了其中的时间光孤子的动力学行为。结果发现, 可以通过调整声子辅助跃迁强度来控制时间光孤子的幅度、宽度和群速度等动力学性质。时间光孤子的群速度远小于光速, 且随着声子辅助跃迁强度的增加, 孤子的群速度不断减小, 以至于可能缓变接近于零从而出现停滞现象。光停滞有利于将光存储于量子器件内, 这为半导体量子器件实现光存储提供一定的参考价值。

提出了一种利用量子存储机制进行相干光学信息处理的技术，在4f成像系统的像面上可以实现信号光和读取光之间的卷积运算。实验证明了通过基于电磁感应透明（EIT）效应的光脉冲存储和读取过程实现光学信息卷积操作的可行性。该研究结果为基于量子存储机制进行相干光学信息处理提供了理论和实验依据。

构建一个由一束弱线性偏振探测光场在与其平行的磁场作用下形成的两正交偏振分量，联合两束强耦合控制光场与半导体单量子点相互作用所形成的四能级半导体量子点电磁感应透明介质模型，利用多重尺度法，解析地研究了该半导体量子点电磁感应透明介质中的两耦合时间矢量光孤子的稳定性及其碰撞特性。结果发现，该体系中两耦合时间矢量光孤子的碰撞特性与其初始相位差有关；当两孤子分量为同相或反相时，孤子间会呈现出近弹性碰撞且无能量转移；而当孤子分量间初始相位差为π 2 时，两孤子则会在融合之后再彼此分离且出现能量转移。