通过数值计算和实验研究了外部光注入和光反馈双重调制的半导体激光器混沌有效带宽和延时特征。实验结果表明，该方案可以获得较大的混沌信号带宽，与单一光反馈调制的半导体激光器相比，双重调制的半导体激光器的延时特征明显减弱。这与数值计算的结果吻合得较好，说明该方案能更好地提升基于混沌激光保密通信的保密性能。同时实验研究发现，激光器在频率负失谐区域能够获得更大的有效带宽和更小的延时特征峰，在频率正失谐区域延时特征抑制会有明显的恶化。

本文主要研究光泵浦效应对电磁诱导透明介质极化特性的影响。理论分析了耦合场分别与探针场同向和反向传播时,介质对探针场的色散和吸收特性。同时理论分析表明,相对二能级原子来说,由于耦合光的泵浦作用,在多普勒吸收基础上,原子对探针光的吸收增强,并且这种泵浦作用与耦合场传播方向无关。实验上验证了上述理论研究中原子介质对探针场的吸收特性。进一步地,实验研究了耦合光功率、频率失谐及粒子数密度等参量对泵浦率的影响,特别是对吸收宽度和深度的影响。

为了研究光脉冲在掺镱光纤放大器中的放大传输特性, 建立了光脉冲在分布式光纤放大器中的传输方程, 采用分步傅里叶变换法数值模拟了其传输状态,并着重讨论了频率失谐对光脉冲特性的影响。 结果表明:对于掺镱光纤放大器,随着在放大器中的传输,光脉冲在放大的同时被展宽, 产生变形,其功率谱加宽;当出现频率失谐时,光脉冲的放大能力减弱,并且失去输入时的对称性。 若光脉冲中心频率沿不同的方向偏离介质增益峰值频率,脉冲变形规律不同。因此在设计放大系统时应该考虑光纤放大器的色散、 非线性效应以及频率失谐对光脉冲传输特性的影响。

在由一个外腔分布反馈(DFB)半导体激光器和一个独立的DFB半导体激光器构成的开环单向耦合混沌同步系统中，通过微调发射激光器的偏置电流可以精确控制两个激光器之间的频率失谐，从而可对不同频率失谐下的系统混沌同步状态进行研究。实验研究结果表明，在较小的频率失谐范围(-0.19~0.95 GHz)之内，混沌时间序列在传输延迟时间与外腔反馈时间之差处得到了最大0.84的关联值，而在传输延迟时间处的关联值为0.78。此时，完全同步超越广义同步，系统呈现完全同步状态(CCS)；当频率失谐超过这一范围，广义同步超越完全同步，混沌同步将表现为广义同步状态(GCS)。因此，通过调节发射激光器的电流，可实现完全同步和广义同步之间的转换。理论仿真结果与实验所得结果趋势相同。

非共振条件下，我们理论研究了单向环形光腔中用一微波场驱动一个超精细低能态跃迁的Λ型三能级原子系统光学双稳态和多稳态行为，结果表明原子介质双稳态的行为可以分别通过耦合场的强度和耦合场频率的失谐量控制，同时还发现微波场在实现多稳态过程中所起的重要作用。最后讨论了合作参数对光学多稳态阈值的影响。

利用Von Neumann约化熵理论研究了多模相干态场与二能级原子非简并多光子相互作用系统中量子场熵的时间演化特性,得到了含有失谐量的多模场熵的解析表达式,并通过数值计算讨论了光场为三模场时频率失谐量对场熵演化的影响.结果发现:当近共振时,失谐量几乎不影响场与原子之间的纠缠特性;而当远离共振时,量子场熵很强地依赖于失谐量的大小,特别是当失谐量足够大时,场与原子几乎总是处于纠缠态.

基于四波混频(FWM)的全光波长转换技术是未来多波长通信系统的核心技术之一。除半导体光放大器(SOA)外, 半导体激光器也是进行波长变换的器件。实验研究了小频率失谐到大频率失谐下分布反馈(DFB)激光器中剩余法布里珀罗腔模对非简并四波混频(NDFWM)的影响, 并对其四波混频转换效率进行了分析。结果表明:当探测光波长与法布里珀罗腔的某一谐振波长一致时, 分布反馈激光器中的四波混频转换效率将得到显著的增强;当频率失谐为太赫兹时, 仍可得到较高的四波混频转换效率。

实验研究了外部光注入分布反馈(DFB)激光器的非线性动力学行为，并给出了其输出特性随注入光强度和频率失谐量变化的动力学特征图。实验结果表明，激光器的动力学行为对外部的微扰十分敏感; 在不同外部光注入条件下，激光器可以呈现出单周期、倍周期、多周期以及混沌等多种非线性动力学特征; 在注入光强度和频率失谐量变化空间存在三个复杂动力学区域; 激光器表现出的复杂动力学行为总是与周期行为有关; 当激光器处于复杂动力学区域时，其频谱为连续谱，在连续谱上存在多个明显的峰，所对应的频率定义为特征频率，特征频率的大小不随注入光的强弱以及频率变化。