近年来,由于其独特的物理特性,超冷里德堡原子的研究成为一个十分活跃的前沿领域,倍受关注和重视。利用电磁诱导透明可将里德堡原子之间的强相互作用转换为光子之间的强相互作用,并可实现它们的主动操控。有关研究结果在精密光谱与精密测量、非线性与量子光学、量子信息与多体模拟等中有重要的应用。在攻读硕士期间,作者研究了如何在里德堡系统中实现非局域时空光孤子的斯特恩盖拉赫偏转,提出了利用主动拉曼增益（active Raman gain,简称ARG）实现非局域快光[fast（or superluminal）light;其群速度大于真空光速c或为负值]光孤子稳定传播的方案,并进行了深入的研究,所取得的研究成果包括:在里德堡原子中实现时空孤子的斯特恩-盖拉赫偏转。首先,考虑一梯型三能级冷原子气体模型,其中顶能级为高激发里德堡态。该原子气体与一个弱探测激光场和另一个强控制激光场发生近共振相互作用,从而可实现里德堡电磁诱导透明。为了证明里德堡电磁诱导透明体系中高维非局域光孤子的可操控性,假设有一梯度磁场作用于该里德堡原子气体,使探测激光场感受到一个外加作用力。其次,基于体系原子和光场所满足的Maxwell-Bloch方程,使用多重尺度微扰方法和超出平均场理论的处理方法,导出了探测场包络所满足的非线性演化方程,该方程含有与外加磁场相关的项。最后,利用数值方法求解该包络方程并获得非局域时空光孤子与涡旋解。证明了在外磁场的作用下光孤子的轨迹可发生显著的斯特恩盖拉赫偏转,还可以通过调节磁场梯度来改变孤子的运动路径,从而实现孤子轨迹的主动操控。因为根据孤子轨迹的偏转角度可反过来估算外加磁场强度的大小,里德堡原子中的这种光脉冲的斯特恩盖拉赫偏转可用于精密磁强计的设计。基于里德堡ARG实现高维快光孤子及其稳定传播。首先,基于里德堡原子的特征构建了里德堡ARG的理论模型。在该模型中,N-型四能级（其中一个能级为里德堡态）原子与一个泵浦激光场、一个控制激光场、和一个信号激光场发生相互作用。其次,基于体系所满足的Maxwell-Bloch方程组和超出平均场近似的理论处理方法,计算了里德堡ARG体系的线性和非线性光学极化率。结果证明,由于ARG效应和里德堡原子之间的强相互作用,信号激光场的传播具有快光特征,且可获得很强的Kerr非线性效应。接下来,利用多重尺度微扰法逐级求解了 Maxwell-Bloch方程组,导出了信号激光场所满足的非线性包络方程。该方程包含体系的色散、衍射和非局域Kerr效应。根据体系的特征参数,可将信号脉冲的非线性传播分为局域、弱非局域、强非局域三个区间,给出了各区间的高维快光孤子及涡旋解,证明了由于体系的强非局域Kerr效应与色散和衍射效应的平衡,这些高维光孤子和涡旋可在体系中十分稳定的传播。本文的研究结果不仅有助于深入了解里德堡原子独特的非线性光学特性,而且为高维非线性光脉冲的稳定传播与操控的实验研究提供了理论依据,有关结果可望用于磁场等的精密测量。