人们总是希望能在越来越大的物理系统中观测到量子特性。腔光力系统则提供了这样一个平台,使人们有可能实现对机械振子的量子态操控,并在宏观系统上检验量子态叠加原理、观察宏观物体的退相干过程等,从而揭示从量子物理到经典物理转变的物理本质。近年来,随着基态冷却技术的突破,腔光力系统取得了一系列鼓舞人心的进展,人们已经在腔光力系统中实现了电磁诱导透明、对机械振子的压缩、光场和机械振子之间的纠缠、以及对微小位移和力的高精度测量等。腔光力系统中光子和声子之间具有内禀的非线性相互作用,但是由于单光子强耦合条件的限制,目前的实验研究都是基于所谓的线性化模型,而忽略了这种内禀非线性。因此,在单光子弱耦合条件下,如何利用光子和声子之间的非线性耦合实现对光场和机械振子的确定性量子态操控成为一个有挑战性且很有意义的课题。此外,腔光力系统一个突出的优点在于其光学自由度和机械自由度都容易与其他物理系统如原子、BEC、LC回路等再进行耦合,构成腔光力混合系统。在腔光力混合系统中探索综合利用不同物理体系的优点,这对于量子通信和量子计算具有重要的理论意义和实际意义。在本文中,我们主要研究了如何利用腔光力系统中非线性动力学演化过程,实现在弱耦合条件下的单光子非线性、操控机械振子的量子态以及在电-光力混合系统中实现光波光子和微波光子的非经典关联。主要工作包括:1、基于二次方耦合光力系统,实现了单光子量级上的光学非线性相互作用。所谓二次方耦合光力系统,是指光子与机械振子位移的二次方发生耦合的系统。我们发现在外场驱动下,可以通过增大驱动场强度提高二次方耦合光力系统中的光子和声子之间的有效非线性耦合强度,从而使得即使在弱耦合条件即单光子耦合强度go远小于腔的耗散速率κ下,也能实现强的单光子非线性。我们通过理论分析和数值模拟分别计算了光场的二阶关联函数,并讨论了光场的统计性质。结果表明:这种单光子非线性对于环境噪声具有鲁棒性,同时在边带可分辨极限和有效强耦合条件下,当前实验条件就可以实现光子阻塞效应和光子诱导隧穿效应。2、基于二次方耦合光力系统,实现了声子间Kerr型的非线性相互作用。尽管声子阻塞效应已经在纳米机械振子中得到研究,但都是通过将机械振子与一个二能级系统进行耦合来实现的。而利用腔光力系统的光力耦合实现声子阻塞效应,目前未见相关报道。我们发现在二次方耦合光力系统中,利用外场近共振驱动,可以获得声子之间强的Kerr型非线性相互作用。同时,我们分别采用理论分析和数值模拟方法计算了声子的二阶关联函数,讨论了声子的统计性质,实现了声子阻塞效应。另外,我们发现若腔场和机械振子初始都处于相干态,在光子和声子之间这种非线性相互作用下,腔场和机械振子将发生纠缠,而当系统演化到某一个时刻,光场和机械振子的纠缠将解除,此时机械振子将被制备到薛定谔猫态上。3、基于电-光力混合系统,实现了光波光子和微波光子之间的非经典关联。在电-光力混合系统中,利用机械振子为媒介分别和光波及微波耦合,从而实现光场和微波场的间接相互作用。通过理论计算和数值模拟讨论了斯托克斯光子和反斯托克斯光子之间的互关联函数,结果表明:在机械振子初始时被冷却到基态的条件下,互关联函数强烈违背Cauchy-Schwarz不等式,即光波光子和微波光子产生强的非经典关联。这种具有不同波长的非经典关联光子对在量子信息科学中有潜在的应用前景。