以全光信息处理为基础的超高速全光通信网络具有低能源消耗、大网络容量、高网络灵活性和可靠性等优点,成为推动新型网络发展的重要力量。同时在量子信息处理、量子网络等应用中的少光子层次上的全光开关和全光逻辑器件也吸引了人们的注意,成为近年来的研究热点。光与物质的非线性相互作用是设计复杂光子器件的物理基础。传统非线性作用需要较强的光强,不利于光子系统集成。对于少光子层次,理论上需要利用腔量子电动力学在全量子框架下研究光与物质的相互作用,分析耦合系统的量子态和非线性光学特性。实际制备中,微纳光子器件作为解决全光处理中器件集成化的关键而受到广泛关注。现阶段,微纳光子器件主要基于光子晶体、硅基波导、金属微纳结构、石墨烯、量子点、纳米线等新型材料体系。其中,基于量子点-微腔的耦合体系在量子通信、量子计算、量子光源等领域具有重大的应用潜力,成为少光子层次器件的一个主要组成部分。本文主要基于量子点-双模腔耦合系统,做了如下工作:1、提出一种基于量子点双模腔耦合系统,在低光子数状态实现光开关和逻辑门的新方案。理论上,通过两束正交的脉冲激光之间的干涉相消效应,选择脉冲激光的序列,可以实现对特定光模式的抑制。当将其中一个驱动激光视为控制光时,系统表现出一种具有高开关比的光开关的性质。此外,通过级联耦合系统可以实现基于光子偏振态的AND / OR逻辑门。所提出的光开关和逻辑门在超低能量范围内工作良好。我们的工作可以应用于全光计算或量子信息处理。2、从理论上提出一种工作在低光子层次的基于单量子点(QD)双模腔耦合系统实现全光OR和XOR逻辑的设计结构。QD和两个简并腔模式之间通过耦合关系建立新的间接激发路径。由单脉冲激光器激励系统时,两种模式的响应都可以被观察到。响应脉冲的峰值之间的延迟被认为是额外的转换间隔(ETI)。当由两个偏振正交的激励同时激励系统时,脉冲激光器具有与ETI相同的延迟,耦合系统会由于干涉相消效应以抑制后一种模式的响应。基于该原理,我们可以通过简单地调整驱动脉冲序列同时切换响应的探测器以实现OR和XOR逻辑门。结果表明,所提出的逻辑门,在较大耦合强度与相应的空腔衰减率的参数范围内工作良好。当采取两个非理想(在两个腔模式之间存在失谐或耦合强度不相同)脉冲激光激励时,所提出的系统仍然工作在可以接受的误差之内。此外,对驱动激光器的参数的性能的鲁棒性,包括脉冲延迟,脉冲宽度,绝对驱动强度和相对驱动强度比等对系统性能的影响都进行了分析。本论文的主要目的,是通过量子点-光子晶体耦合系统,设计能稳定工作在少光子能量层次的基本逻辑器件,包括全光开关,OR,XOR和AND逻辑门。