光子操控技术在信息科学和精密测量领域中有着重要的应用。在本论文中,我们研究了铷原子系综双∧结构中两个精细结构基态之间的原子相干性,可以减少吸收以及自发辐射噪声和增强非线性作用强度,使得基于双∧结构的四波混频作用得到大大增强。这使得基于相干原子系综的光子操控技术研究有了新的进展。我们基于铷原子系综双∧结构中分别实现了四波混频参量放大过程和四波混频量子态产生过程,两者各自拥有重要的特性实现新的光子操控技术。在四波混频参量放大过程中可以提供大的非线性强度和陡峭的色散,使得实验上可以实现基于相干反馈的光学逻辑门和单光子诱导的双频率全光延迟。在四波混频产生量子态过程中,由于光子是通过基态原子能级的相干性进行耦合,从而减少吸收和自发辐射。加上不需要腔增强作用下足够大的光学增益,因此在实验上可以实现空间多模的纠缠量子成像。在本论文中将介绍如下的四项工作：1.在实验中,基于热的铷原子系综中的双∧结构,我们实现了非简并四波混频参量放大过程。输出的两个非简并模式之间有相干性。将这些光子通过相干反馈的手段重新注入回双∧系统当中,利用原子相干性作为中介,四波混频过程可以得到增强。我们制备了针对反馈增强态的光学逻辑“或”门和针对反馈压制态的光学逻辑“或非”门。逻辑门的上升时间比没有原子相干性和相干反馈的情况快两倍,同时可以观测到反馈增强态和反馈压制态之间的能量相干转换。2.在热的铷原子系综的双∧结构当中,光子通过原子基态的相干性耦合,从而减少近共振吸收和增强非线性作用。通过增加泵浦光的光强和原子数密度,使得四波混频参量放大过程产生大的增益。在这样的条件下,单光子水平下的注入能够诱导非简并四波混频过程发生,产生两个不同频率下的全光延迟,延迟时间长、分数延迟大于1、延迟的波形能够很大程度上保持注入光的脉冲波形。这个延迟时间依赖于注入光的光子数态,从而可以用来进行全光光子数态可分辨测量。3.由于四波混频产生量子态过程提供的光学增益在无需腔增强作用下足够支持多个空间模式,因此可以实现空间多模的量子纠缠图像。在此基础上,我们在一个空间图像的参数估计中比较了量子噪声图像技术和经典噪声图像技术的灵敏度,实验证明使用量子噪声图像技术可以得到更好的灵敏度。4.我们在对空间多模的图像存储进行了初步探索。使用梯度回波存储技术可以存储并读出两个图像,并使得存储的图像和读出的图像之间的空间模式相似度得以很大程度上（88%）保持。