具有反聚束特性的非经典光场是量子信息与量子光学的重要资源。基于非线性光学的量子干涉效应, 通过将压缩真空态与特定相位的相干态在光学分束器上合成的方法获得平移压缩真空态, 对压缩度和相干分量进行独立控制以获得反聚束。本文结合实验系统参数, 理论研究了压缩真空态的压缩度和相干态的幅度对实验产生反聚束光场的影响。在最优化平移条件下, 我们分析了系统总效率、背景噪声, 以及Hanbury Brown-Twiss(HBT)与Double HBT测量方法对反聚束光场g20测量的影响, 并讨论了误差为零处相应量子态的g20值和平均光子速率。

超分辨荧光显微成像技术可以突破光学衍射极限，为研究亚细胞结构乃至蛋白质等生物大分子的内部动力学过程提供了极其重要的研究工具，因此自发明以来就被生物及医学领域的科研工作者所关注和应用，特别是近年来生命科学和生物技术的突飞猛进，使超分辨荧光显微成像技术得到了前所未有的发展。本文主要阐述四种较新超分辨荧光显微技术的研究进展，即最低光子数超分辨荧光显微成像，波动超分辨荧光显微成像，基于荧光发色团反聚束效应的超分辨显微成像，以及基于深度学习的超分辨显微成像方法。分别从这些超分辨荧光显微技术的基本原理，实验实现方法及相关要求，成像性能及其与相关技术的对比，以及与其他超分辨技术的结合等角度，对近期的研究进展和应用情况进行简要说明，以期给该领域的研究人员提供一些参考。

研究了相干驱动原子与单模腔强耦合时的光子关联特性，以及非对称耦合时集体效应对平均光子数和光子关联性质的影响。分析发现：在弱驱动情况下，驱动原子可以实现单光子阻塞现象，腔内溢出光子遵从亚泊松统计分布，呈现反聚束状态。同时，两原子之间的距离影响缀饰能级，当两原子的耦合相位差大于90°时，非对称耦合导致在中心频率处出现很强的光子激发。由于共振效应，腔内光子呈现出很强的聚束性。随着驱动场强度的增加，两侧边峰处的光子数逐渐增加，双光子激发占主导，从而可以实现双光子阻塞现象，即光子成对出现。本系统为研究集体效应导致的量子光学现象提供良好平台。

在非旋波近似下,精确求解了级联型三能级原子与单模二项式态光场作用量子系统的 能谱和二阶相干度。利用保真度对能级的交叉问题进行了讨论,研究了二项式态光场参数η及原子初始能级的叠加对光 场二阶相干度的影响。结果表明:随着光场参数η的增大,聚束效应持续时间逐渐减小;由于原子能级的叠加导致光场反 聚束效应持续时间减少,无论初始时刻原子是否处于叠加态,当η的数值较大时,光场都将完全呈现反聚束效应;此外,由 于非旋波项产生的虚光子效应,二阶相干度演化曲线出现小锯齿状振荡。

运用全量子理论,探讨了 Pólya态光场在与Λ型三能级原子相互作用时,原子初态及某些光场参数对粒子布居数反转、光子反聚束效应以及光场压缩特性的影响。结果表明: 原子处于不同初态时,光场概率参数、最大光子数及光场分布参数对系统光场粒子布居数反转的回复-崩塌现象有着显著的影响;初态为激发态或相干叠加态时,在光场概率参数、原子相对失谐量、最大光子数和光场分布参数的影响下,系统光场均可在一定条件下表现为完全的聚束效应或者完全的反聚束效应,但初态不同影响规律也各不相同;如果初态处于激发态,且原子相对失谐量、光场概率参数和最大光子数同时较小,则系统光场的X1分量可以间歇性的出现短时间的压缩。

通过高阶压缩效应,高阶反聚束效应和二阶亚泊松分布等统计性质,研究了压缩真空态的高阶非经典性质。采用数值计算方法,讨论了压缩参数对态的高阶非经典性质的影响。研究结果表明: 压缩真空态呈现出高阶压缩效应和四阶反聚束效应,并且这些非经典性质均随压缩参数增大而增强。但它未呈现出一至三阶反聚束效应,也没有展示出一阶亚泊松分布和二阶亚泊松分布等特性。

计算了两个弱克尔非线性耦合腔被同时驱动下的归一化二阶关联函数。经分析计算发现了强反聚束的优化条件,分析结果同数值模拟非常符合。同时分析了在优化条件下参数的变化对强反聚束的影响。

构造了光场算符n次幂叠加激发混沌场, 采用数值计算方法研究了该量子态的压缩效应、反聚束效应和统计性质, 讨论了混沌场平均光子数、算符叠加系数及其幂次n对量子特性的影响.研究结果表明: 光场算符n次幂叠加激发混沌场不呈现压缩效应, 但呈现出反聚束效应和亚泊松分布性质, 并且随平均光子数增大, 它的反聚束效应和亚泊松分布性质减弱; 随着算符组合部分中产生算符的比重增大, 光场反聚束效应和亚泊松分布性质增强; 随着算符幂次增大, 亚泊松分布性质加强.

在非旋波近似下,通过采用相干态正交展开的方法,在非旋波近似下对薛定谔猫态光场与V型三能级原子 相互作用系统的量子特性进行了研究。精确求解了V型三能级的能谱,并判断了系统的保真度。 演化问题的结果表明:当原子初态处于基态时,随着初始光场强度的增大,奇相干态和偶相 干态的二阶相干度的振幅减小,且表现出聚束效应与反聚束效应的临界状态。当原子初态处于叠加 态时,随着初始光场强度的增大,奇相干态和偶相干态的二阶相干度的振幅减小,且表现出聚束 效应。当系统耦合系数减小,光场二阶相干度的振荡幅度减小,光场呈现反聚束效应。

将三模压缩算符作用在三模真空态上构建三模压缩真空态。对三模中的两个模进行测量，讨论这种选择性测量对第三模的压缩效应、反聚束效应和光子统计分布的影响。研究结果表明：若测得第一和第二模场处于双模压缩态，那么第三个模场塌缩为单模压缩态，且其压缩效应得到增强；量子态测量可增强光子统计分布的非经典特性，但对第三模场的反聚束效应没有影响。