在光腔被非线性克尔介质充满的原子-腔-光纤系统中, 研究了非线性克尔介质对于不同原子系综之间量子态传输和非经典关联 (量子纠缠, 量子失谐) 转移的影响。结果表明非线性克尔介质能够增加目标原子系综间量子态的保真度和非经典关联的数值, 减缓保真度和量子关联衰减的速率, 从而延长量子态传输和非经典关联转移存在的时间。此外, 利用迹距离的度量方法研究了非线性克尔介质对于系统中量子信息流动的影响, 发现非线性克尔介质能够减小迹距离衰减的速率, 减缓目标原子系综中量子信息的流出, 并增加其量子信息存储的时间。

以非线性薛定谔方程为理论模型,采用分步傅里叶数值模拟方法,讨论了有限能量艾里-厄米-高斯光束在克尔介质中的传输特性以及相互作用。研究表明,通过控制介质的非线性强度和艾里-厄米-高斯光束的初始振幅,可以抑制光束的衍射效应,当它们满足一定条件时,能够产生孤子。通过研究两艾里-厄米-高斯光束的相互作用,发现调整两光束的初始间隔以及相位,可以控制孤子的数量和传输方向。

随着飞秒脉冲成丝在诸多领域中的广泛应用,延长成丝距离和伴随的等离子体通道长度成为应用的关键。通过求解广义非线性薛定谔方程以及电子密度演化方程,得出如果采用同能量的叠加高斯光束而不采用普通单一高斯光束作为入射光束,克尔介质中飞秒成丝和等离子体通道的性能会显著提高。根据自聚焦上限阈值功率的理论计算表明,叠加高斯光束的自聚焦上限阈值功率大于普通高斯光束。因此,采用叠加高斯光束作为入射光束,既可以延长成丝距离,又能避免高能脉冲下多丝的存在。

利用分步傅里叶法, 数值研究了艾里光束在自聚焦克尔非线性介质中的传输。结果表明, 当较强的非线性作用于艾里光束时, 主瓣能量在传输过程中会发生脱落形成具有周期振荡的空间孤子。随着非线性的增强, 该孤子的振荡周期与半高宽都减小。调节艾里光束的入射角度时, 脱落孤子的传输轨迹随之发生变化, 不同于艾里光束的是, 艾里孤子的传输始终保持直线传输。

以含有一层kerr非线性介质的一维光子晶体为对象, 基于子层逆向递推算法, 给出了非线性反射谱一种简单有效的数值计算方法.基于此方法得到了该结构在1 535~1 565 nm范围内的非线性反射谱.当输入光强高于阈值时, 缺陷模缓慢移动并出现弯曲倾斜的多值特征.分析了上跳波长、下跳波长随输入光强的变化趋势.研究了线性周期介质和非线性介质结构参数对反射谱的影响.研究表明: 增加周期介质的周期、高低折射率比和非线性层厚度都能使缺陷模变窄, 输入光强阈值和上跳波长、下跳波长的阈值波长降低; 而非线性介质的三阶非线性系数增大时, 输入光强阈值降低, 但缺陷模宽度、上跳波长和下跳波长的阈值波长没有明显改变.这种多值特征对于设计光学开关、光学滤波器等有着重要的指导作用.

数值研究了克尔双周期宇称-时间(Parity-time, PT)对称光晶格中能存在的空间光孤子,通过平面波展开法 详细研究了此光晶格的带隙结构并获得其相变点。数值研究了此光晶格中能存在的空间光孤 子及其传播稳定性,数值结果显示位于不同周期波导上的空间光孤子其稳定性区间不同。

从理论上分析了在强非局域非线性光学格子中的光束传输特性。在强非局域克尔介质中通过实对称响应函数的泰勒展开，得到非线性薛定谔方程的简化了的拉格朗日密度，运用变分法，得出光束的束宽、振幅、相位等各个参量的演化方程。把光束看作等效粒子，通过对势函数的分析，得出形成格子孤子的临界功率。 改变格子结构的周期、调制深度等参数，可以实现对孤子传输的控制，这在研究可控全光开关等方面具有潜在的应用价值。

初始处于纠缠的原子与附加类克尔介质的光腔相互作用,运用共生纠缠的度量方法对原子间的纠缠演化动力学进行研究,分析了腔场粒子数、介质非线性效应及原子与腔场的失谐量对纠缠演化的影响,发现处于腔场真空态下原子间的纠缠作周期性震荡演化,而处在腔场粒子数态下的原子在演化过程中发生纠缠突然死亡现象;在非线性克尔介质作用下,处于腔场粒子数较小范围内(n≤5)的原子间也会产生纠缠突然死亡现象;但随着腔场粒子数的增加纠缠突然死亡现象消失而且一定程度上可以达到纠缠初始值;当腔场处于任意粒子数态时,由于非线性效应的影响,均可抑制纠缠突然死亡现象的发生;当腔场在没有类克尔介质作用时,原子与腔场间的失谐量同样可以避免纠缠突然死亡现象的发生。

研究一个被克尔介质包围的两能级原子与单模辐射场通过k光子跃迁发生相互作用的系统,着重讨论了原子与辐射场通过三光子和四光子相互作用过程中,光场的熵压缩和原子 布居数反转随时间演化的动力学特性,分析了克尔介质对光场熵压缩和原子布居数反转的影响,结果表明它们对克尔介质非线性作用非常敏感。

用全量子理论方法，研究弱克尔介质好腔中Bell态原子与纠缠相干态光场相互作用系统的保真度。结果表明，对理想腔，若原子初始处于相干保持态， 腔场初态的平均光子数很小，保真度始终等于1, 随着平均光子数的增加，保真度单调衰减；若处于其余Bell态之一，腔场初态的平均光子数很小，保真度 在0～1之间作周期性振荡，随着平均光子数的增加，保真度的振荡频率增大，振幅减小。对好腔，若原子初始处于相干保持态，系统保真度呈指数单调 衰减;若处于其余Bell态之一，保真度呈指数振荡衰减，且随着平均光子数的增加，保真度的振荡频率增大。