本论文主要研究了相干原子介质中光的传播特性。包括三部分：首先，我们分三种情况研究了相干驱动的五能级冷原子系统的稳态光学响应，通过控制相应的参数可以实现单透明窗口和双透明窗口。之后的工作就是以电磁感应透明（EIT）为基础，利用共振的四波混频（FWM）技术，在相干驱动的四能级双模型原子系统中实现无粒子数反转的探测场增益，并在考虑自发辐射相干（SGC）效应后进一步的研究了这个系统中的增益谱线特性，相关内容将在第二部分给出详细的解释。第三部分，我们将双模型原子俘获在一维（1D）光晶格中，在平衡FWM共振条件下研究了行波场相干驱动的、动力学可调双色光子带隙（PBG）。一、五能级M模型原子系统中吸收和色散的控制这一部分，我们在三种不同的情况下研究了相干驱动的五能级M模型原子系统中稳态光学响应。第一种情况，三个强耦合场与相应的原子跃迁能级共振，即失谐都为零，发现在探测场共振处出现一个窄而深的EIT窗口并伴随陡峭的正常色散；第二种情况，我们将最后一个耦合场关闭，此时五能级M模型原子系统就退化成了四能级N模型原子系统，结果出现了另一个新的吸收峰并且完全破坏了原来的透明窗口。为了使透明窗口重新恢复，只需要再关闭第二个耦合场，从而四能级N模型原子系统就退化成三能级模型原子系统，即为第三种情况。除此之外，又通过调整耦合场的失谐进一步的讨论M模型原子系统中吸收和色散谱线的特性。发现，当最后两个耦合场失谐不为零时，在EIT窗口的一侧会升起第三个吸收峰，但并没有太多的吸收，同时在这个吸收峰的右侧会出现一个新的吸收谷。值得强调的是当最后两个耦合场与相干跃迁远共振(即大失谐)时,新的吸收峰将会变得极窄,新的吸收谷也将会和透明窗口一样低,也就是说此时出现了双透明窗口。由此可见,在后两个耦合场大失谐的条件下,五能级M模型原子系统实际上可以约化成四能级准∧型系统。相比之下,五能级原子系统在实验上更容易实现。并且,我们还可以检验M模型系统中,如何控制两个耦合场的失谐而使吸收谷慢慢变成EIT窗口的。另外,当三个耦合场失谐不等时,在探测场吸收和色散谱中则不会出现深的EIT窗口、窄的吸收峰和陡峭的色散谱线。二、基于自发辐射相干的四波混频探测增益这一部分,我们利用两个强耦合场和两个弱探测场驱动四能级双∧型原子,在满足FWM共振的条件下实现了无粒子数反转的探测光放大。并分别在△p2=△p1=△c1=△c2=△和△p2=-△p1、△c1=-△c2(满足光学平衡条件)两种情况下进行的计算和讨论。由于所选择原子模型的两个基态为足够近的能级,因此任何一个上能级向两个下能级辐射跃迁时对应的自发辐射通道在满足两电偶极矩非正交的条件时都会发生相干效应,也就是在我们的原子模型系统中必须还要考虑SGC效应。相对于借助非相干泵浦实现的无粒子数反转激光而言,我们的工作具有两个突出性的优点。首先,探测场的增益是由FWM共振产生的,这在技术和方法上是一创新性的进步。另外尤其值得兴奋的是在考虑SGC效应之后,探测场增益幅度被大大提高了。同时,随着耦合场强度的降低增益谱线的线宽也随之变窄,其宽度可以低至EIT技术产生的亚自然线宽量级以下,约为10KHz左右,这在激光测量及探测领域具有重要的应用价值。除此之外,又讨论了两偶极矩之间的夹角θ对增益谱线的影响及相对相位Φ对增益幅度周期性的调制。当θ=π/4时,增益谱线的最大值对应Φ=2kπ；当θ=3π/4时,增益最大出现在Φ=(2k+1)π。由此可见,这两个影响因素并不是独立的,而是相互协作共同调整增益峰的位置。通过我们的研究分析可知,利用四波混频共振产生激光增益的机制在考虑SGC效应之后,不仅可以大大提高探测场增益的幅度,而且可以通过选择合理的参数得到窄而高的增益谱线。三、一维冷原子晶格中基于平衡四波混频的双色光子带隙这一部分，我们研究了两束探测光在一个装载着四能级双模型冷原子的一维光晶格中传播时的光子特性，在平衡FWM共振的条件下实现了动力学可调的双色PBGs。我们知道，光子晶体是一种人工的PBG材料，可以使某一特定频率的光透过介质，但是一旦材料选定其带隙结构和位置就固定不变。而由驻波场调制的空间均匀的介质中能够实现可调谐的PBG，这是因为介质的折射率受到驻波场周期性的调制。在我们的系统中，每一个光晶格中原子的分布呈高斯线型，即介质的密度空间分布不再均匀而是周期性的，这样我们就可以用行波场代替驻波场作为驱动场，由于原子的分布特性使得折射率呈周期性的变化，从而探测场在其中传播时会形成带隙结构。我们发现，在探测场的两个不同频率区域（共振处和大失谐处）对应光子态密度的减小（可低至0.02），能够形成非常完美的、高反射率（高于97%）的带隙。共振处较窄的带隙位于EIT窗口内，而大失谐处较宽带隙的产生是由于探测跃迁远远偏离原子共振跃迁而导致的吸收大大降低。这两个频率处的带隙（无论是共振处还是大失谐处）都是双色的PBGs，不同于两个独立的单模型系统，这是由于平衡FWM相互作用导致两个探测场之间产生强的关联。特别强调一下，在我们的对称驱动系统中可以形成两个双色的PBGs，并且带隙的位置、宽度可以通过控制几何布拉格失谐、耦合场拉比频率以及原子态密度分布进行调节。另外，对于多色的PBGs（我们目前工作的扩展很容易就可以实现）一个最明显的优势就是，可以在一个网络节点处同时允许几个光信号的非线性操作。这可应用于设计全光开关和路由器以及有效的光二极管等，甚至能够达到单光子水平。