近年来，基于里德堡原子的微波电场测量研究进展迅速，将光学平台上的原子微波电场测量系统一体化和集成化是工程应用的前提条件。据此，本文介绍了里德堡原子微波电场测量原理以及确定跃迁共振频率的方法，同时结合852 nm激光调制转移稳频和509 nm激光电磁诱导透明稳频方案研制了可搬运的原子微波电场测量仪。利用此仪器，演示了直接溯源至国际标准单位制的微波电场测量以及微弱微波信号的探测。

基于水下激光雷达目标回波和多次散射杂波空间相干性的差异,利用涡旋光场形成的特点,使用螺旋相位板附加环状掩膜板形成空间滤波装置,将目标反射信号与多次散射信号进行空间分离。由于目标反射信号具有良好的空间相干性,经过螺旋相位板后会形成涡旋光,而散射杂波由于其空间相干性被多次散射破坏,会按照散射规律呈现类高斯的中间强边缘弱的分布。利用环状掩膜板只容许涡旋光通过,到达探测器,从而降低了散射对测距的影响。上述空间滤波装置应用于载波调制相位测距及脉冲测距水下激光雷达系统中,均可以大幅提高浑浊水体中目标的测距精度。

采用非稳态光场的相干理论和广义惠更斯-菲涅耳衍射积分相结合的方法，研究了时空相干涡旋（STCV）在色散介质传输中的演化行为。推导出了具有STCV的部分相干脉冲光束在传输距离z处的互相干函数表达式，并获得了STCV的数学物理描述。研究表明：STCV在熔融石英介质传输中出现了相干开关现象，脉冲光源的空间相干宽度和时间相干长度可以作为相干开关的控制参数以实现对STCV信息的传递控制；相干开关的区域大小与传输距离密切相关，当传输距离较近时，相干开关的区域较大，而当传输距离较远时，相干开关的区域较小。此外，设计了基于相干开关的光通信模型。

利用原子-腔超强耦合光力系统, 通过调制光力耦合, 开展了力学振子的宏观量子叠加态的制备与特性研究。首先利用 Wei-Norm 方法给出了演化算符的计算过程, 并针对任意原子-腔初始态情况, 给出了整个系统演化波函数的解析形式, 结果表明假设对原子—腔子系统进行测量, 在一定条件下, 振子将处于宏观量子叠加态。进一步给出了力学振子宏观量子叠加态的 Wigner 函数的解析表达式, 并对影响宏观量子态量子性的可能因素进行了理论计算和分析。最后讨论了原子-腔不同的初始态对宏观量子相干性强弱的影响, 并给出宏观量子相干性最强的初态参数; 还讨论了原子-腔耦合强度对宏观量子叠加态的量子相干性的影响, 发现耦合强度越强, 宏观量子叠加态的量子相干性就越强。

光束漂移会造成涡旋光功率波动和闪烁,是影响自由空间光通信、传感以及远距离成像的一个重要因素。通过调控多模涡旋态和模拟扰动环境,实验研究了非相干叠加和相干叠加多模涡旋光的漂移现象。通过测量轨道角动量(OAM)谱中信号OAM模式的功率波动和闪烁指数,发现高阶涡旋光束比低阶涡旋光束具有更优的抗功率波动和抗闪烁表现;多模涡旋光束优于单模涡旋光束;非相干叠加的多模高阶涡旋光束优于相干叠加的多模高阶涡旋光束。对比实验的结果表明:相较于其他几种涡旋光束,非相干叠加的多模高阶涡旋光束具有最优的抗闪烁和抗功率波动能力,更适合在光束漂移的扰动环境中使用。所得研究结果对基于涡旋光的远距离传输和通信具有重要参考价值。