回顾了光场相干与偏振联合调控的研究进展，重点介绍了具有特殊空间相干结构的二维部分相干矢量光束的表征、合成及在复杂环境中的鲁棒传输特性；结合纳米光子学的发展，将二维部分相干矢量光束推广到了三维部分相干矢量光场，给出了三维部分相干矢量光场的相干与偏振表征，分析了部分相干紧聚焦矢量光场中的三维偏振结构，包括偏振维度、三维非寻常偏振态、自旋角动量结构等。研究表明相干性在赋予了矢量结构光场新颖自由度的同时，导致了二维矢量光束的鲁棒传输特性以及紧聚焦矢量光场新型三维偏振结构。

光场的高阶关联特性是揭示光的统计行为的重要特征。采用传统的HBT(Hanbury-Brown and Twiss)实验模型测量多光子高阶关联时,会受到单光子探测器和分束器数量的限制,测量起来比较复杂。提出了一种利用增强型电荷耦合器件(ICCD)快速测量光场高阶关联的方法。通过改变曝光时间和光照强度(计数率)对赝热光场和相干光场的高阶相干度进行测量和分析。结果表明:在适当的条件下,可以确定光场的高阶相干度。当曝光时间为600 ns、计数率为5.12×10 ⁸ s ^-1时,实测赝热光场的2阶和3阶相干度分别为 gT(2)(0)=1.79±0.20, gT(3)(0)=4.94±0.59。对多达4阶的光场相干度进行了测量,该结果能在理论上得到较好的解释。该实验方法有望应用于某些光源的高阶相干性测量和研究方面,对揭示光场的高阶关联行为具有一定意义。

针对光强传输方程法在部分相干光场相位恢复过程中, 由于CCD采集频率与LED发光频率不同步导致恢复的相位出现黑白相间的条纹, 以及机械移动造成采集角度的偏差所导致的相位结果错误等问题, 提出了配准递进补偿算法.首先, 对所采集的具有一定角度偏差的三幅强度图进行角点检测和互相关匹配, 并去除错误点对从而得到变换矩阵进行图像变换以纠正原有的偏差.同时, 由于照明光波的缓慢动态变化与其低频分量相关, 在新的配准图像中进行初次补偿以改善照明频闪效应.然后使用光强传输方程求解得到样品的初始相位.为了解决初始相位边缘出现的光晕, 再次对恢复的相位进行补偿以突出样品的关键信息.搭建了真实光路系统进行实验验证, 结果表明所提方法在纠正角度偏差的同时改善了频闪效应.微透镜阵列实验中, 恢复的结果与实际结果相对误差为1.7%, 证明了所提算法的正确性与有效性.

通过场(原子)约化熵、量子相对熵研究了各种双模非经典光场(包括纠缠相干态、对相干态、 双模压缩真空态)与Ξ 型三能级原子作用时的纠缠特性,讨论了原子初态和光场参数的影响,并与赝自旋算符构造的贝尔 算符期待值进行了对比。结果表明:熵与贝尔算符期待值具有相似的演化趋势;相对于贝尔算符期待 值,熵更易受原子相干性的影响;纠缠最大时非局域性也最大,纠缠最小时贝尔算符期待值并不是最小。 在贝尔算符期待值较小时纠缠仍可能较大,这说明纠缠和非局域是量子世界中既相互关联又独立的2个不同属性。

以激光外差探测中两束光的特性为基础, 分析了相干光场和多模热光场的光子统计模型。分别讨论了上述两种光场的二阶和三阶统计特征, 其中二阶统计对应于Fano因子, 三阶统计对应于对称因子。对上述两种光场的Fano因子和对称因子进行了实验测量。结果显示, 相干光场的Fano因子和对称因子不随入射光子数而变化。将理论模型和实验数据相结合可得到与之对应的串扰概率为0.032 1, 探测器增益系数为1.046 0 ph。多模热光场的Fano因子随着入射光子数增加呈直线上升趋势; 目标运动速度加快, Fano因子逐渐减小, 表示回波光子波动减小, 认为其本质原因是热模个数增加引起的平均效应; 而多模热光场的对称因子呈抛物线趋势逐渐增加。对相干和多模热光场统计特性的研究, 为光子计数体制激光外差探测奠定了基础。

运用全量子理论和数值计算的方法，借助于Negativity 研究了Bell 态原子与双模奇偶纠缠相干光场相互作用系统中两个全同二能级原子之间的纠缠演化特性。分析了光场强度、光场纠缠度及原子间相互作用强度对纠缠的影响。结果表明:原子初态处于|βll) 时，两原子始终处于最大纠缠态;原子初态处于|βοο) 时，两原子始终较长时间处于退纠缠状态;原子处在|β10) 时，增大双模光场的平均光子数可以明显增大两原子之间的纠缠度并保持较大的纠缠状态，原子初态处在|βο1) 时，原子间的相互作用强度对双原子间纠缠度有较显著的非线性调制作用。

研究了V型三能级原子与双模奇偶纠缠相干光场相互作用系统的量子态保真度，运用数值计算的方法讨论了失谐量、双模光场的强度和原子分布角对量子信息保真度的影响。 结果表明:原子的量子态保真度优于系统的或光场的量子态保真度，原子初始处于基态时，原子的保真度好于激发态或叠加态的情况;原子的保真度随着失谐量或双模光场 强度的增大而增大;系统的和光场的保真度时间演化特性是相似的。失谐量、双模光场的强度和原子的分布角都对量子态保真度的时间演化曲线的频率有影响。

利用共生纠缠度标准,研究了存在 Stark效应的情况下,两个纠缠二能级原子与相干光场相互作用的 纠缠动力学。分析了 Stark 效应耦合系数对系统纠缠动力学的影响。结果表明: Stark 效应的耦合系数对两原子间纠缠度的时间演化特性有着很大影响。当 Stark 效应耦合系数很小时,两个原子间纠缠度的时间演化特 性呈现周期性纠缠和退纠缠现象;当 Stark 效应耦合系数很大时,原子间退纠缠现象消失,即原子始终保持在纠缠状态。

考虑双模纠缠相干光场，将其中一束光注入一个存在二能级原子的腔中并与它们发生非共振k光子相互作用，总系统在腔量子电动力学演化过程中，对原子作选择性的测量，通过操纵相互作用时间以及选择适当的光场参量，控制未参加相互作用光场的量子统计性质，在一定条件下可产生反聚束、压缩态等非经典光场，并改变其非经典效应的强弱。这样，利用相干光场之间的纠缠关联，并通过非共振多光子腔QED技术，有效地实现了无直接量子测量的控制和改变相干光场的非经典性质的目的。