稀土离子上转换发光是理解多光子激发过程和上转换发光机制的重要基础研究。用方波调制飞秒脉冲作为激发光源,理论、实验研究了Dy3+掺杂玻璃的上转换发光调控, 结果表明在较高、较低激光强度下上转换发光具有不同的控制效率。通过考虑高阶多光子吸收过程进一步研究了其物理控制机制,即上转换发光多光子吸收包括双光子 和四光子吸收过程。在整个激发过程中,四光子吸收的相对权重随着激光强度增加而增加, 由于双光子和四光子跃迁路径的相消干涉, 上转换发光在不同激光强度下表现出不同的控制行为。在高激光强度下,观测稀土离子高阶多光子吸收过程为理解多光子吸收上转换发光机制提供了清晰的图像, 并为调控上转换发光提供了新的方法。

研究了原子相干及量子相干对混合原子光机械系统输出特性的影响。应用微扰方法及光腔的输入输出理论求解Langevin方程，得到了混合原子光机械系统对弱探测场的响应函数。分析了腔模与原子系统的耦合强度、量子干涉效应对混合原子光机械系统输出特性的影响。研究发现，控制原子系统的量子干涉效应，即可控制混合原子光机械系统的输出特性；改变原子系统的控制场强度，便可改变混合原子光机械系统的透明窗口宽度，从而得到由原子吸收谱调制的光机械系统的吸收谱；在光机械系统透明窗口中心区域可实现探测场的放大；改变原子系统中控制场或耦合场的失谐量，可以控制混合原子光机械系统的透明窗口位置。

研究了倒Y型四能级原子系统中相干控制电磁诱导透明.应用微扰理论给出一阶近似条件下,不同控制场原子系统对探测光场响应的解析式及电磁诱导透明窗宽度的解析式.在探测场为弱场时,分析了系统中控制光场强度、耦合光场强度及其失谐量对电磁诱导透明窗的影响.研究发现电磁诱导透明窗随控制光场强度的增强变宽,而随耦合光场强度的增强变窄,当探测光场与耦合光场偏离双光子共振时,透明窗外的吸收增加,透明窗变宽.在弱探测场、弱控制场条件下,分析了初始时刻原子处在相干叠加态时的相对相位、相对强度与探测场和控制场的相对相位等对系统吸收特性及透明窗的影响.结果表明探测场与控制场的相对相位对吸收的影响与相干叠加态中两能级之间几率幅的相对相位对吸收的影响作用相反,系统在两下能级干涉极大时,存在一个很宽的透明带.应用缀饰态理论和量子相干理论对所得结果进行了解释.

本文利用飞秒激光频谱相位整形技术和偏振调制技术, 对罗丹明B溶液中双光子荧光的相干控制进行了研究。通过对飞秒激光脉冲进行π相位扫描和余弦相位调制, 实现了罗丹明B溶液中双光子荧光的相干控制, 荧光强度能够被有效操控。经过理论模拟与分析, 证实罗丹明B溶液中双光子荧光强度的变化由双光子跃迁过程中不同量子路径之间的干涉相长和干涉相消引起的。对激光脉冲进行偏振调制的实验, 罗丹明B溶液中双光子荧光强度呈现出周期性变化; 经过理论模拟计算, 发现这种变化是受激光偏振的影响产生的。

利用飞秒激光脉冲相位整形技术，从理论和实验两方面，对强激光场下分子体系苝溶液中非共振双光子跃迁的相干控制进行了研究。通过对飞秒激光脉冲进行π相位扫描和余弦相位调制，发现分子体系中非共振双光子的跃迁几率能够被削弱，但不能完全消除。分子体系中非共振双光子跃迁的相干控制受到激光光场的形状和分子吸收谱谱宽的影响；与原子体系相比，分子体系中非共振双光子跃迁相干控制的调制效率降低。

从产生相干控制光电流的基础理论，即直接带隙半导体的 Kane能带模型及其基于黄金跃迁定则的跃迁矩阵元入手，给出了光生载流子在激发路径不同相对相位差下的动量空间分布图，揭示了相干控制光电流的物理实质，即产生动量空间不对称分布、某一方向分布占优的载流子而产生电流，通过激发光场的相位对电流的大小和方向进行控制。最后介绍了相干控制光电流在理论和实验方面的研究进展。

利用反射式空间光调制器搭建了折叠式4f脉冲整形系统。基于遗传算法和该折叠式4f脉冲整形系统，利用相干控制技术成功的优化了染料香豆素151的双光子荧光强度，使该双光子荧光强度提高了6%。结合理论模型，对香豆素的双光子荧光的优化机理进行了讨论。

从理论上解释了利用相位调制光场如何实现多光子跃迁的量子相干控制。在弱场作用下研究了几种整形激光脉冲形式与二能级原子系统的相互作用过程，研究了整形激光脉冲作用下双光子过程中的量子衍射效应。利用微扰理论给出了多光子跃迁过程的解析表示，根据解析表示解释了阶跃相位和余弦相位调制光场作用下多光子跃迁几率的量子相干控制。结果表明，这两种相干控制过程中都有跃迁几率消除现象，而且不同调制相位光场的作用结果对应着不同的几率消除位置。

原子相干效应是光与物质相互作用的结果,它导致了一系列重要的物理现象。目前原子相干的实验研究工作主要在原子气体中开展,而与之相比固体材料中的相关实验研究具有更实际的应用前景。本文系统介绍了近年来固体材料中原子相干效应的研究进展,主要涉及电磁感应光透明、光速减慢与相干存储、存储光信息的可控制擦除、基于光存储的全光路由、双光脉冲的速度减慢和可逆存储和基于原子相干的增强四波混频等基本内容,最后还讨论了其在相关领域的应用。

在超快光学领域中的相干控制实验中, 往往由于基频及其倍频激光脉冲波前面的位相面畸变与相位不一致 性的存在而无法达到预期的实验结果.本文设计了一种诊断此畸变的实验方法, 制作得一台效果显著的自动位相 修正系统, 成功地使用在相干控制光电流实验中.该系统利用位相畸变修复算法, 根据光强与位相差的关系求出位 相差的空间表面结构, 由此计算压电陶瓷的调节电压与方向, 使得可移动反射镜朝畸变减少的方向移动.实验结果 表明该系统可实时自动地调节两光束的波前面保持平行.