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。

从理论上研究了Pr³⁺∶Y₂SiO₅掺杂光子晶体在自由空间以及三明治波导受限系统中的电磁诱导透明（EIT）现象，揭示了囚禁效应对EIT现象的影响。首先，利用光与物质相互作用的半经典理论，详细分析了掺杂光子晶体中非均匀展宽对EIT现象的影响，并解析得到产生EIT的条件。通过与实验结果对比，验证了该理论的正确性。其次，进一步考虑Pr³⁺∶Y₂SiO₅掺杂三明治光子晶体波导系统中的EIT现象，并分析了电场局域囚禁效应对EIT的影响，解析得到三明治波导系统中EIT的实现条件。

采用修正的伽马分布，结合米氏散射理论，分析了水云粒子的光散射特性，建立了4种常见水云粒子含水量与消光系数的关系。对于光量子的偏振态，研究了水云粒子背景下量子干涉雷达（QIR）探测光子的偏振变化规律，建立了水云粒子影响QIR探测光子的传输距离、分辨率、误码率以及生存性能的数学模型。理论分析和实验仿真结果表明：随着水云中含水量的增加，消光系数呈线性增加，导致衰减系数增加，从而使得探测光子的能量耗散量增大，探测光子的传输距离下降；当发射光子数目一定时，QIR的分辨率随水云粒子光学厚度的增加而降低；当水云粒子浓度一定时，随着退偏比的增大，系统的误码率呈减小趋势；当目标的可探测点数一定时，水云对QIR系统的干扰强度越大，雷达的生存性能越低。由此可见，在QIR的设计、调试和使用过程中，需根据水云的相关参数，自适应地调整QIR系统的各个指标参数，从而提升系统的探测性能。

为研究冰晶粒子对量子干涉雷达性能参数的影响,基于冰晶粒子的Van de Hulst近似理论、标准伽马分布和Henyey-Greenstein相函数,研究了冰晶粒子背景下雷达探测光子的偏振变化,建立了冰晶粒子的不同参量对量子干涉雷达探测光子的传输距离、分辨率和误码率的影响模型。仿真结果表明,增加冰晶粒子的有效尺度,会增大探测光子的能量耗散,导致探测光子的传输距离下降;发射波束光子数目一定时,量子干涉雷达的分辨率随冰晶粒子光学厚度的增加而降低;当冰晶粒子浓度一定时,链路的量子误码率随冰晶粒子的有效尺度与非对称因子的增加而增加,且不同类型的冰晶粒子对量子误码率的影响程度不同;当保持高偏振对比度时,将椭圆率角减少到一定范围内可以降低量子误码率。

量子干涉(QI)和Autler-Townes分裂(ATS)是原子-光相互作用系统中的两种不同效应。在电磁诱导透明(EIT)系统中,当耦合光强度适中时,二者会同时存在。一般以耦合光拉比频率作为定性区分QI与ATS的依据,同时Akaike信息准则(AIC)可用于量化二者的相对权重。本文基于AIC方法研究了原子系统中退相位对QI和ATS权重的操控作用。研究表明,通过调节退相位率,可以实现QI和ATS之间的相互转换,以及相消干涉和相长干涉之间的相互转变。利用耦合光和探针光之间的相位关联可以实现退相位的精确操控,由此改变QI和ATS的权重,进而达到QI效应的极大增强。

基于Brańczyk的理论工作, 考虑干涉滤波片的谱函数对干涉结果的影响, 推导出更加普适的Hong-Ou-Mandel干涉符合概率公式, 从而增加干涉实验的可操控性.用带宽不同的干涉滤波片系统研究了Hong-Ou-Mandel干涉现象, 得到与理论预测相吻合的实验结果.实验数据和理论仿真均显示, 通过使用不同带宽的干涉滤波片可以灵活调节干涉曲线, 以获得较高的平台符合计数率和干涉可见度.实验中测得的干涉可见度均高于97%, 最高达到99.9%, 验证了实验方案的可靠性.研究结果对于同类的量子干涉实验也具有参考价值.

提出了一种利用原子系统的关联相位涨落调控量子干涉的方法。原子之间的碰撞以及原子与外界热库的耦合会导致原子能级产生随机的相位涨落。研究了不同能级的相位涨落的强度和他们之间的关联对原子相干性和量子干涉的影响。结果表明,正关联相位涨落可以增强相消量子干涉(探针光的吸收减弱),而反关联相位涨落可以增强相长量子干涉(吸收增强)。在特定条件下量子干涉消失,原子对探针光的响应由Autler-Townes分裂决定。最后,研究了耦合光Rabi频率对量子干涉的影响。当耦合光较弱时,可以利用原子能级的关联相位涨落有效地调控量子干涉;当耦合光很强时,量子干涉非常弱,可以被忽略。

针对导弹目标量子雷达散射截面的计算问题, 用锥柱复合模型模拟导弹目标几何结构, 引入单光子波动方程, 推导和改进量子雷达散射截面表达式.通过干涉分析镜面上原子与光子的相互作用, 在检测点测量光子被目标原子散射后的强度, 得到锥柱复合目标量子雷达散射截面公式.仿真结果表明: 在不同入射角条件下, 单光子量子雷达散射截面主瓣峰值高于经典雷达散射截面, 而量子雷达散射截面旁瓣峰值低于经典雷达散射截面; 随着波长减小, 量子雷达散射截面逐渐降低, 入射角对量子雷达散射截面无影响.表明量子雷达对小目标具有很高的探测识别能力, 分辨率能够达到纳米级, 为导弹目标识别提供了依据.

针对四能级N型原子系统, 研究了与原子跃迁相关的量子相干烧孔现象。通过密度算符运动方程、拉氏变换法以及量子回归理论, 求得了探测场的吸收谱。采用两束耦合光和一束饱和光同时作用, 随后分别研究了在两束耦合光同时与探测光同向传播, 饱和光与探测光反向传播, 以及耦合光、饱和光、探测光均沿着同一方向传播的两种典型的传播机制和不同参数的调节下相干光学烧孔的形成特点, 最后通过缀饰态理论计算并分析了结果的正确性。最多观测到六个相干光学烧孔。耦合光的拉比频率的大小影响着相干光学烧孔的形成位置, 而饱和光拉比频率的大小将决定着形成相干光学烧孔的深度。该结果完善了相干光学烧孔的理论研究, 对于以后应用到光学量子存储有理论指导意义。

在四能级N模型原子系统中, 当一束饱和光和一束探测光同向传播并且两束耦合光反向传播时, 由于饱和光与探测光不能处于相消多普勒状态, 可以同时在吸收光谱中观测到五个下凹, 均为相干光学烧孔。通过缀饰态理论, 计算了烧孔的位置, 发现中间深而窄的烧孔是由两个相干光学烧孔叠加而成。通过参考系数的合理调节以及改变饱和光的拉比频率, 可以改变烧孔形成的深度; 通过改变耦合光的拉比频率, 可以改变烧孔形成的位置。最后通过数值模拟得出饱和光的拉比频率在相干光学烧孔中实现光速减慢起到重要作用。这些结论对未来的光量子存储、光量子信息都有着重要的应用价值。