非经典关联光子对是一种非常重要的量子光源,能探索未知的量子世界,其在量子密钥分布、量子信息技术、量子计算、量子存储和通讯方面有着重要的应用。非线性晶体通过自发参量效转换,在相位匹配条件下产生一对非经典关联光子对,其线宽通常达到THz量级。为适用于长程量子通信和基于光作为飞行比特和原子作为网点的量子网络方案,关联光子对的线宽需要与原子能级带宽量级匹配。原子系综能级易于调控,从其中通过非线性过程制备的光子对必定匹配原子能级的带宽,因此从原子系综制备窄线宽关联光子对在近十多年中成为量子光学的一个重要课题。另一方面,随着激光冷却与囚禁技术的发展和广泛应用,冷原子系综成为量子光学、量子信息技术等领域的重要介质源。结合冷原子实验技术和量子光学前沿问题,本博士论文主要完成了以下三项工作。1.我们搭建了一个85Rb二维磁光阱,光学深度为100。磁光阱被广泛应用在量子光学和原子分子物理领域,为基础科学研究提供冷原子源。我们搭建的二维磁光阱的最大特点是沿长轴方向具有高光学深度和具有较低的原子基态退相干率,适合用于制备窄线宽非经典关联光子对。2.在冷原子系综中利用DLCZ方案产生关联光子对。写光先作用到原子系综中,通过拉曼过程制备原子集体激发态,即原子自旋波,并同时产生一个斯托克斯光子。双光子波函数的时间宽度可以通过写光的脉冲宽度进行调控。反斯托克斯光子的读取时间由读光的作用时间决定,因此在原子自旋波的寿命内能任意控制光子对的延迟时间。这种方式产生的光子对在波函数上能写为两个光子波函数的乘积,它们在时间和频率域上是相互独立的。3.在高光学厚度的冷原子团中在连续光作用下通过自发四波混频过程制备窄线宽光子对,并且这种光子对在时间频率维度上能用一个波函数表示,因此具有时间频率纠缠。光子对中的反斯托克斯光子经过一窄带的电磁诱导透射窗口得以延迟。影响双光子相干时间的因素主要有原子系综的光学深度OD,耦合光的拉比频率Ωc,基态退相干率γ12。在一定的范围内,OD越大、耦合光的拉比频率越低,相干时间越长。在耦合光的拉比频率降低到一定程度,致使电磁诱导透射的透射窗口的吸收不能被忽略时,基态退相干率γ12是限制相干时间的唯一因素,决定了光子对相干时间的极限。我们通过光学厚度达到100的冷原子系综,在γ12为283kHz的低退相干率条件下,光子对的相干时间首次突破2微秒(长达2.34μs)。