在包含二能级原子系综在内的腔光力学系统中，利用忽略的非旋转波近似效应在不可解边带区域和可解边带区域中，讨论光力诱导透明性质、色散性质和光力诱导放大性质。当驱动光力学腔的驱动光场为红失谐时，可以在可解边带区域和不可解边带区域中分别实现完美光力诱导透明和光力诱导放大的现象。实验结果表明，无论是在可解边带区域还是不可解边带区域中，随着光力学腔的耗散速率的增加，光力诱导透明窗口的半峰全宽会变得很窄，只不过在不可解边带区域中光力诱导透明窗口的半峰全宽远远小于可解边带区域。光力诱导放大的最大值变化情况正好与光力诱导透明窗口的半峰全宽变化情况相反，可解边带区域中光力诱导放大的最大值小于不可解边带区域。

光学非互易在光学信号处理和量子网络等方面具有极其重要的应用。 研究了含有两个机械振子的双腔光力学系统中光学非互易。该系统中两个机械振子之间存在库仑相互作用, 两个光学腔场通过光纤耦合在一起。利用系统算符的时间演化方程,结合频域下标准的输入输出关系,得出传 输振幅方程。结果表明当两个光学腔场在红边带上时,光力相互作用和腔腔线性耦合相互作用这两条路径之 间的量子相干效应,可以使双腔光力学系统呈现出光学非互易。进一步研究表明,相位差既能决定双腔光力学 系统中能否出现光学非互易,又能决定发生光学非互易时的方向。此外还发现通过增强有效光力相互作用的大 小或腔腔线性耦合强度的大小,可以增强光学非互易。

提出了在三腔光力学系统中实现非互易性的理论方案。三个被强驱动光场驱动的光学腔场通过辐射压力分别与一个机械振子耦合,其中两个光学腔场通过光纤耦合在一起的同时还被弱探测光场驱动。基于海森堡-朗之万方程给出了三腔光力学系统的稳态解,利用输入-输出理论得到了传输振幅的具体表达形式。研究结果表明:三腔光力学系统中的非互易性来源于光力相互作用以及两个光学腔场相互作用之间的量子干涉效应;相位差不仅可以决定系统中能否发生非互易性,还决定了发生非互易性的方向;随着有效光力耦合强度增加,传输振幅曲线的变化形式完全不同;在一定的有效光力耦合强度下,腔光力学系统可以实现完美的非互易性。本研究成果为基于腔光力学系统的量子信息处理的应用提供了参考。

将机械振子冷却到基态是实现机械振子量子操控的关键。利用电磁感应透明冷却法,研究了边带不可分辨区域中三拉盖尔高斯腔光力学系统的机械振子基态冷却。在该系统中,两个附加腔场分别与标准的腔光力学系统中的腔场发生了耦合。通过选择系统的最优参数,光学涨落谱从洛伦兹线型变成类似三能级原子系统中电磁诱导透明谱线的形式,冷却和加热速率的不对称使得机械振子被冷却到基态。研究结果为三拉盖尔高斯腔系统中机械振子的冷却提供了理论参考。

本文提出了一个由高品质光学腔,机械振子和金属纳米颗粒组成的腔光力学系统。一束强的泵浦光和一束弱的探测光同时作用于该系统。数值分析结果表明:在泵浦光的驱动条件下,系统对探测光的透射谱上会出现光力学诱导透明现象。该透明窗口的宽度由金属纳米颗粒和光腔之间的耦合强度决定。随着金属纳米颗粒和光腔之间的耦合强度的增强,该透明窗口会变窄,探测光的群延迟时间也会增大。我们分析了这些光学性质的变化原因,并给出了物理解释。

研究了基于Bose-Einstein凝聚(BEC)腔光力学系统中的相干完美吸收现象，阐述了诱导相干完美吸收产生的条件，分析了强耦合BEC光力学腔发生相干完美吸收时的 能量转换。通过控制泵浦场功率可以有效调制相干完美吸收。当相干完美吸收产生时，输入探测场能量完全转化为机械振子和腔场能量而不产生任何透射和反射, 并且通过改变腔的品质因子可实现能量萃取。强耦合BEC腔光力学系统为基于相干完美吸收的换能器、调制器及光开关等潜在应用提供了理论基础。

基于Jaynes-Cummings模型和原子-腔光力学系统, 研究了该系统中原子与机械模之间的纠缠交换机制, 讨论了两个原子的相干角和腔场与机械模之间的耦合系数对原子与机械模之间纠缠的影响。一个原子与机械模之间的最大纠缠随着该原子相干角的增大而减小, 另一个原子与机械模之间的纠缠存在突然产生和突然死亡现象, 并且最大纠缠随该原子相干角的增大而增大。根据这一结果可以制备原子与机械模之间的最大纠缠态, 这为纠缠调控提供了一种新的方式。