从上世纪六十年代激光诞生以来,光子成为信息处理技术的理想载体。光子具有传播速度快、光子之间相互作用小、可携带的信息量大等优点。光存储是光信息处理的关键技术之一,经典光存储技术(例如光盘等)已获得广泛的应用。由于在量子计算与量子信息、精密光谱与精密测量等新兴量子技术领域中有重大的应用前景,光量子存储的研究引起了人们的极大重视。然而,有关研究仍然面临许多问题,研究结果离实际应用的需求还存在很大的距离。如何得到的合适的存储介质、构建满足应用需求的固态量子存储器件、提高存储时间、存储效率与存储保真度等成为需要解决的关键问题。电磁诱导透明(EletromagneticallyInducedTransparency,简称EIT)是研究光量子存储的关键技术之一,其原理是利用控制光场诱导的相消量子干涉效应消除共振介质的光吸收,使得原本对探测光场不透明的介质变得透明。同时,利用EIT可在体系中产生非常大的克尔非线性,从而可实现多种弱光非线性光学效应,包括高效多波混频、弱光开关、弱光孤子等。另外,利用EIT可实现对光场的主动量子操控,特别是实现光脉冲的存储与读取。基于此,可构建量子存储与线性与非线性光学功能相结合的新型光子器件,包括光学量子分束器等,从而在光量子信息处理中有重要的应用。本人在攻读博士学位期间,基于EIT原理,对冷原子和半导体量子点体系中光脉冲的稳定传播、存储、读取、分束与路由开展了深入的理论研究。本学位论文所论述的研究成果包括以下几个方面:1.慢光孤子分束器—提出了一种利用三脚架型四能级冷原子系统实现慢光孤子分束器的方案。研究结果证明,利用EIT产生的巨克尔非线性光学效应与色散效应的相互平衡,可在体系中实现慢光、弱光孤子;通过对控制光场的主动操控,可实现对光孤子的高效、高保真存储与读取。另外,通过先后开启和关闭多个控制光场,可使光孤子分裂为多个光孤子。研究结果为实现多通道量子系统中非线性光脉冲的稳定传播与主动操控提供了一定的参考价值。2.高效可控的表面极化激元分束器—该研究的基本思路是:在掺有量子发射体的等离子体超材料与电介质的界面上,基于EIT实现高效可控的表面极化激元分束器。研究结果表明,利用量子发射体的EIT和超材料的电磁响应所产生的相消干涉效应,可在很弱的光强下产生表面极化激元,并具有很小的量子退相干和很低的欧姆损耗;利用弱微波场作用于量子发射体的两个底能级,可进一步降低表面极化激元的传播损耗;证明了利用增强的克尔效应可以平衡表面极化激元的色散效应,并可产生超慢传播的弱光表面极化激元孤子;通过主动操控体系的控制场,可实现表面极化激元的高效存储、读取与分束。研究结果对低损耗的线性与非线性表面等离激元的实验实现及其相干主动控制提供了有益的理论方案。3.慢光暗孤子和Peregrine孤子的存储、读取与分束—本研究证明了在Λ型三能级原子系统中可通过EIT产生稳定的、连续波背景下的慢光暗孤子和Pere-grine孤子。另外,通过操控体系的控制激光场,可实现这种具有连续波背景的暗孤子和Peregrine孤子的高效、高保真存储与读取。此外,还证明了在双Λ型或三脚架型能级结构的系统中,通过操纵两个控制激光场的开关时序,可得到暗孤子和Peregrine孤子的时间分束。4.自旋轨道耦合下量子点中的单光子存储与路由—由于实际应用的需要,如何实现高效、高保真的固态量子存储器件是一个重要课题。本研究提出了一种在具有自旋轨道耦合的量子点中实现高效可控的单光子存储和路由方案。研究表明,量子点中的自旋轨道耦合不仅可为单光子传播提供一种灵活可变的能级结构,并且还可通过EIT实现单光子波包的存储、读取与路由;利用弱微波场可以大大抑制量子点中单光子波包的传输损耗,从而使单光子的存储和路由具有较高的效率和保真度。本研究为基于自旋轨道耦合量子点设计新型固态光量子信息处理器件提供了新思路。本文得到的若干研究结果,不仅有利于深入了解EIT体系的非线性与量子光学特性,而且对基于冷原子和量子点体系的新型光学器件的设计等具有理论指导意义。