研究了各向异性非均匀海森堡周期性XY链中的量子失协(QD)和形成纠缠(EOF)。量子失协一般大于形成纠缠。两者之间的差距随着温度的升高或外磁场的增大而减小。调节各向异性系数的大小, 可以发现, 有些情况下形成纠缠已经消失, 而量子失协仍然存在。在大部分参数区域内, 量子失协总是大于形成纠缠。

基于“时间反演”的HOM干涉原理, 利用一个普通的分束器将Ⅰ类自发参量下转换过程产生的一对飞秒脉冲量级、简并单光子对完全分离, 分束效率最高可以达到92％。

处于热场中的两比特XXZ自旋体系用正则系综表示, 基于该系综的密度矩阵, 求出了量子关联(用quantum discord描述, 简称QD)以及QD的几何测量。通过用图示的方法针对各向同性XXZ自旋体系的QD(包括其几何测量)以及纠缠度的比较, 可以看出量子关联比量子纠缠具有更优越的抗噪声能力。

在腔QED系统中, 通过原子与腔场的大失谐相互作用, 我们设计了一个制备四原子的｜D(2)4〉态的方案。本文还把｜D(2)4〉态和其它的四原子纠缠态, 如W, GHZ和团簇态进行了比较, 发现｜D(2)4〉态有许多有趣的纠缠特征。

通过构造自旋的经典对应物理量和系统的拉氏量, 研究二维中心势场中的中性自旋粒子在磁场驱动下的经典动力学, 并利用自旋相干态推导出的自旋期待值的时间演化与经典动力学方程完全一致而且波函数的几率云局域于经典轨道上, 发现了有趣的量子-经典完全对应现象。

两个简单的量子线路被提出分别用来制备三量子比特Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)态和W态。众所周知, 任意的多量子比特门都可以由受控非门和单量子比特门复合而成。同样, 我们发现三量子比特GHZ态和W态也可以由受控非门和单量子比特门来制备。因此, 从量子计算的角度来看我们的方案十分重要。由于在整个过程只用到了单量子比特操作和双量子比特操作, 所以我们的方案在实验中很容易实现。

利用全量子理论, 研究了多光子跃迁过程高斯型耦合Tavis-Cummings模型中场与原子的纠缠特性。讨论了多光子原子运动速度、光场初态的平均光子数及跃迁光子数对场与原子之间纠缠特性的影响。结果表明：原子运动速度的变化改变了场熵演化曲线的振荡时域; 光场初态影响场熵演化曲线的周期性; 跃迁光子数的增加使场熵演化曲线的振荡频率和场与原子之间的平均纠缠度变大。

理论研究了V型三能级系统中的吸收与色散特性, 证明在探测光几乎无损耗的情况下可以实现超光速和亚光速传输。通过引入一束非相干泵浦场的作用, 使输出探测光产生增益, 并且在强耦合场诱导的Autler-Townes分裂(AT分裂)的情况下, 可以得到探测光脉冲的增益抑制和相应的反常色散。

研究了梯形四能级冷原子系统的非线性光学行为, 在一微波场耦合两上简并能级时双暗态共振将会出现。在合适的参数条件下, 系统将表现出正常色散与反常色散之间的转变。改变耦合场和微波场的大小能够调控慢光和超光速间的转变。

基于包含自发拉曼散射和外电光调制效应的非自治非线性薛定谔方程, 采用简单的变换方法, 解析研究了三种非均匀系统中非自治孤子的管理和传输。结果发现, 在非均匀的非线性渐增或色散渐减光纤系统中都存在精确的啁啾非自治孤子解, 都可以实现孤子的放大和压缩, 但具 有不 同的速 度、频 移和啁啾特性; 而在非均匀的色散和非线性均渐减光纤系统中, 可以支持无啁啾的非自治孤子, 该孤子具有不变的脉宽和振幅以及振荡衰减的速度, 孤子的频移仅由自发拉曼散射决定。同时, 数值模拟结果进一步证实在三种非均匀管理系统中都可支持非自治孤子的传输。该研究结果为实际非均匀孤子管理系统中实现孤子的压缩和传输提供了理论依据。

在有效质量近似下, 利用量子力学的密度矩阵理论, 采用无限深势阱模型, 从理论上研究了ZnS/CdSe柱型核壳结构量子点中线性和三阶非线性光吸收系数。导出了柱型量子点中线性和三阶非线性光学吸收系数的解析表达式, 分析了该系统在不同条件下线性和三阶非线性光吸收系数与入射光频率之间的关系。改变系统的参数, 该系统的光吸收系数呈规律性变化。计算结果表明：弛豫时间τ、入射光强I和壳半径R2对系统的吸收系数α有很大的影响, 从而为实验上研究核壳结构量子点的非线性光学效应提供了必要的理论依据。

采用平面波展开法和时域有限差分法, 研究了光子晶体表面光波导的色散及光传输特性。研究结果表明, 表面模的出现及其色散特性与表面介质柱的半径相关, 色散曲线的斜率保持单调变化, 并在最低或最高频率附近展现低群速度频率区。由于光子带隙和全内反射 的共同 影 响, 光场 将沿 晶 体表 面高效率地传输。研究结果为探索在光子晶体外部控制光传输具有重要的理论意义。

本文用热Rb原子进行了光学滤波的研究。将一束激光调谐到Rb原子D2线的F=1→F′=2共振吸收线上, 使其泵浦Rb原子, 实现原子布居极化(即将Rb原子制备到能级F=2上)。当一束信号光反向穿过该介质时, 若信号光频率调谐到原子“吸收窗口”(D1线F=2→F′=2), 该介质对信号光大量吸收, 信号光透射率仅为0. 14％;若信号光频率调谐到原子“透明窗口”(D1线F=1→F′=2), 信号光透射率高于47. 4％。这种极化的原子介质可以用来做光学滤波器。

光镊利用强会聚激光对微粒产生的梯度力来捕获微粒, 可以进行无损、远程操控, 同时具有皮牛精度的测力特性, 已经成为物理学、生命科学和胶体化学等研究领域中不可缺少的研究工具。光镊效应可以表现微小的光子动量和角动量, 是物理学的重要教学工具。本文根据高斯光束传播和变换规律, 设计具有稳定捕获性能的最小化光镊, 并给出了典型参数。光镊系统由捕获激光、光束耦合系统、倒置生物显微镜和大数值孔径物镜组成, 成像系统由物镜、摄影目镜和CCD相机组成。本光镊系统具有紧凑特性, 同时通过保持物镜后瞳充满度来实现稳定捕获。在该最小光镊系统上, 可以根据用户需求增加光镊阱位操控系统、刚度调节系统和其他辅助设备以满足不同操控要求, 可以很好地满足科研和教学需求。

提出并从实验上实现了利用光学腔产生单环状拉盖尔-高斯模的方法。给出了方案的理论描述及实验操作技巧。通过与平面波的干涉条纹验证了螺旋状的波前相位分布。