本文主要研究了自旋玻色相互作用系统在强耦合区间的量子特性,特别是偶极相互作用中非旋波项对系统量子特性的影响。针对不同的系统,我们选择合适的方法分别研究了它们的能谱、基态相变以及动力学演化等性质,这些模型包括单个二能级原子同单模玻色场耦合系统(Rabi模型),多个二能级原子同单模玻色场耦合系统(Dicke模型),一维多原子光腔晶格(Dicke-Hubbard模型)以及二能级开放系统(Spin-Boson模型)。主要的内容包括下面四个方面:1.我们对Rabi模型在旋转波近似(RWA)下的结果做了进一步修正,通过引入非旋转波项中贡献最大的跃迁过程,得到了一套包含非旋波效-应的简洁解析结果,我们称之为修正的旋转波近似(CRWA)。通过比较RWA、CRWA以及精确数值解的方法,我们发现CRWA在目前实验可达的强耦合条件下(g<0.2)可以精确地给出系统的本征能量和本征波函数。作为两个具体应用,我们利用CRWA的解析结果讨论了真空Rabi劈裂现象,不同于RWA结果所预言的两条主要跃迁谱线的强度不随耦合强度g发生变化,考虑了反旋波效应的CRWA结果预言两条谱线强度随g的增强分别出现增强和减弱的变化趋势,后者与数值精确结果符合得很好。随后我们讨论了原子布居数反转动力学中的塌缩-恢复现象,通过仔细分析CRWA下动力学解析表达式的每一项贡献,我们阐明了 RWA结果在塌缩区域中缺失的高频振荡的原因。2.我们研究了任意原子数下的有限尺寸Dicke模型。利用平移相干态方法,我们建立了模型本征能量满足的单值函数的解析表达式,即所谓的G函数。通过求解G函数的零点,我们可以精确地得到系统的所有本征能量,并由此非常容易地得到对应的本征波函数。通过观察不同耦合强度下G函数极点的分布规律,配合文献中对可积性的判断标准,我们定性地解释了有限Dicke模型能级统计从弱耦合的泊松分布过渡到强耦合的Wigner分布的原因,同时我们得出有限尺寸的Dicke模型在任何有限耦合强度下都是不可积的结论。最后作为G函数方法的一个应用,我们计算了 Dicke模型从GHZ态出发的多体纠缠动力学。3.我们研究了一Dicke-Hubbard模型在零温下的基态相变。利用矩阵乘积态并结合优化基矢和平移相干态的方法,我们精确计算了系统的基态波函数,比较了旋波近似和考虑非旋波近似下、系统光场表现出的局域-非局域相变过程。我们研究了 Dicke腔内原子数N引起的超辐射效应对基态相变的影响,观察到了腔内原子簇的集体相干激发与非局域效应的相互激励过程,并讨论了局域-非局域相中,基态光场的时间空间相干性。另外我们还研究了考虑耗散下Dicke-Hubbard模型的非平衡稳态相变过程。我们观察到稳态同样表现出局域-非局域的相变过程、但此时非局域呈现出“孤岛”状的分布形式。同时我们还观察到腔内原子的相干激发对非局域相的促进作用。4.我们研究了强耦合区间下,二能级开发系统在快速测量下的动力学冻结(或加速)演化问题,即所谓的量子Zeno(反Zeno)效应。我们利用矩阵乘积态和含时变分原理方法精确地求解了系统在连续测量下的动力学行为。通过对比以往的近似解析结果,我们发现非旋波项在强耦合区对系统在高频测量下的动力学行为具有显著的影响。特别地,部分考虑非旋波效应的的近似结果仅能观测到单纯的Zeno(冻结)效应;而我们的精确数值结果表明随耦合强度的增大,连续测量对动力学的影响表现出一个Zeno到反Zeno的转变。同时,考虑到系统和环境的强关联性,我们还进一步分析了由测量引起的非马尔科夫效应对Zeno-反Zeno转变效应的修正。我们发现在中间频率的测量下,这种测量引起的非马尔科夫性对Zeno-反Zeno转变结果有显著修正,相反在极慢和极快测量下,对结果影响很小。