近几十年来,激光诱导的原子相干和量子干涉效应引起了科研工作者的广泛关注。当采用相干光场耦合原子系统中两个能级之间的跃迁时,原来的能级发生会发生Autler-Townes劈裂。因此,光与物质的相互作用过程将经历多个跃迁通道,而多通道之间的量子干涉效应使得介质对光的吸收、色散和非线性等方面均呈现出崭新的物理特性,因此量子相干效应在非线性光学、激光物理、量子光学、量子信息以及精密测量等众多领域有着潜在的应用价值。本文应用光与物质相互作用的半经典理论,对量子相干介质中的电磁感应光栅和双腔光学双稳态现象分别进行了研究。1.研究了几种多能级相干原子介质中的电磁感应光栅现象。研究发现,在电磁感应光栅中,由介质折射率决定的位相调制更容易将光能量衍射到不同空间方向,而由介质吸收决定的振幅调制制约着光栅的透过能量,因此获得高衍射效率电磁感应光栅的有效途径是在无吸收或增益情况下实现折射率的增强。在N型四能级原子系统中,通过调节光场与原子的共振状态,可以在抑制线性吸收的同时获得增强的非线性折射率,或者在增益的情况下实现折射率增强。在由两个A型三能级原子组成的混合系统中,利用两个远失谐的控制场耦合原子介质,可以诱导产生两个拉曼共振,分别提供吸收和增益,通过改变双光子失谐,能够在增强折射率的同时获得可调的吸收特性。在双A型四能级原子系统中,非相干泵浦可以实现拉曼反转并导致增益,同时相干耦合场的存在引入了原子相干效应,在二者的共同作用下实现了无吸收或增益的高折射率。由于原子介质的光学响应强烈地依赖于外部光场的强度,采用二维的驻波场耦合这三种原子介质可以获得高衍射效率的二维电磁感应光栅。此外,我们利用锯齿波耦合双A型四能级原子获得了闪耀光栅和闪耀增益光栅,并进一步提出了全光分束和全光路由方案。研究发现,通过耦合光场的强度和失谐,可以有效地操控光栅的衍射级次和衍射能量,这有利于实现光开关、光分束和光路由等全光器件,因此我们的方案在全光通信和全光网络中有着潜在的应用价值。2.基于N型四能级原子系统,研究了双腔光学双稳态和全光双稳开关。N型原子系统相比于三能级原子系统可以在弱光条件下实现双光子吸收或克尔非线性的增强,由此可以实现低阈值的双腔光学双稳态。研究发现,通过调节光场的频率和强度,可以实现对双稳态曲线阈值和宽度的有效调控,而对于特定的光场强度和失谐,还能获得光学多稳态(三稳态)。与传统的单腔光学双稳态相比,双腔光学双稳态能够同时控制光学腔中两个光信号的输出状态。基于此特性,当改变一个腔场输入状态时,可以实现双光开关,在全光计算和全光通信中有着潜在的应用价值。