在量子信息中,量子态是其基本的载体,因此单量子态的相干控制,是进行量子信息处理和实现量子计算所必需的条件。在众多的物理实现系统中,腔QED系统是实现各种量子态的最佳候选体系之一。传统的腔QED研究中,光子被限制在一个定域模上,虽然可以加强光与原子的耦合,但不易于空间拓展,无法形成与远程系统的耦合。兼顾腔QED强耦合的优点,波导量子电动力学(波导QED)可以把光子从特定方向导引到给定的目标,是实现量子网络和分布式量子计算的理想系统。利用波导QED系统可扩展性的优点进行单光子相干操纵研究,可用于量子网络的构造。量子网络由量子信道和量子节点构成,在芯片上,量子信道由波导实现,量子节点是放置了量子比特的两个或更多个波导的交汇点。在量子节点上,量子比特也可以替换为具有特定功能的量子发射器,可以用来转换、处理和存储量子信息。在波导构成的量子信道中,光子作为飞行量子比特,在波导中传输。量子路由器(Quantum Router),具有与经典路由器相似的功能,使单个光子携带的量子信息从一个量子信道转移到空间位置不同的另一个量子通道,在整个网络中分发纠缠,实现量子路由的功能。单光子量子路由器的研究对实现全光量子网络至关重要。最近,半无限长耦合腔波导的端点和无限长耦合腔波导的某个腔通过原子耦合实现单光子路由器的工作引起人们的极大关注。但研究人员发现从无限长波导入射时最大转移几率只有0.5。为了提高单光子从无限长波导转移到半无限长波导的几率,我们尝试改变波导结构和原子能级,在仅考虑波导之间能带交叠的情况下,期望实现量子信息从无限长波导完全转移到有限长波导。本论文是基于我们课题组的前期研究工作基础,通过耦合腔波导系统与单原子的耦合实现单光子量子路由,期待能为未来量子信息技术的发展奠定一定的理论基础。文中我们主要研究了半无限长耦合腔波导的第N个腔和无限长耦合腔波导的第零个腔通过原子相干耦合的T凸型的波导阵列模型,并且实现了单光子量子路由的功能。全文的结构如下:第一章,我们介绍了单光子量子器件及其相干操控的研究进展。第二章,从量子光学的光场量子化入手,阐述了Fabry-Perot腔及其电磁场量子化、腔QED、波导QED以及耦合腔波导系统。第三章,当考虑原子为二能级时,单光子从无限长波导(半无限长波导)入射,我们发现光子和原子跃迁的频率大失谐时光子几乎全部透射,两者频率共振且两个波导与原子的耦合强度相等时最大转移几率为0.5(1)。当N增加时,几种不同频率的入射光子均可以几乎全部透射。当N取特定值的时候(sin(kN)=0),二能级系统和半无限长波导的耦合被抑制。第四章,进一步考虑原子为阶梯型三能级时,c模光子被囚禁在原子处,我们发现光从无限长(半无限长)波导入射时,原子基态到第一激发态的能级跃迁与两个波导的耦合强度相等时,再调整原子第一激发态到第二激发态的跃迁与c模光子的耦合强度gc,转移几率才能达到最大值0.5(1)。当gc等于零时,退化到二能级的情况。最后一章中我们对全文进行了总结,并对未来的工作提出了一些展望。