众所周知,光子由于传播速度快、与环境耦合弱等特点成为量子信息过程中最理想的载体。然而,基于光场的信息处理过程往往要求光子间必须具有增强的非线性相互作用。因而,提高光子间非线性相互作用对于量子信息过程至关重要。交叉克尔非线性,也被称为交叉相位调制,由于具有制备光子间强相互作用的特点已被广泛关注。同时,有效操控光量子要求介质具有极大的无损光学非线性。然而,传统光学介质难以满足这些要求。最近,理论与实验研究表明原子相干效应,例如相干布居捕获与电磁诱导透明,能够有效抑制共振多能级介质的线性吸收,同时有效提高非线性极化率。由于在理想的电磁诱导透明或相干布居捕获介质中不存在介质与光场间的相互作用,也就意味着不存在任何非线性效应。为了得到增强的非线性相互作用,我们必须引入相干微扰,在适合的条件下产生增强的非线性相互作用,并有效抑制线性吸收。由非线性光学可知非线性极化率χ(n)阶数n越低,光场与介质间的相互作用就越强。然而,在中心对称介质中,例如原子,不存在二阶非线性极化率χ(2)。为了进一步提高非线性相互作用,我们将相干布居捕获原子中两个强缀饰场与原子看作相干介质,只关注相干布居捕获原子对弱探测场的非线性响应,从而我们可以得到新颖的非线性效应。另外,原子处于电磁诱导透明时,由于耦合场与探测场强度之间的极大差别,三能级原子系统只能得到自克尔非线性。为了获得交叉克尔非线性,许多方案借助于附加的能级及弱探测场,但是在这种情况下,自克尔非线性与交叉克尔非线性不能同时获得。我们注意到,当多个弱探测场同时处于同一电磁诱导透明窗口中时,探测场之间会产生增强的克尔非线性,并伴随线性吸收的消失。本文的工作重点是利用原子的相干效应——电磁诱导透明与相干布居捕获产生增强的非线性效应。本文的主要创新点如下:1.利用对相干布居捕获暗态直接扰动产生极大的交叉二阶非线性。通过对相干布居捕获暗态地直接扰动,我们研究了相干布居捕获原子的非线性效应。为了得到相干布居捕获原子对弱探测场的非线性极化率,我们将相干布居捕获缀饰场作为控制参数,并重新定义相干布居捕获原子非线性极化率为相干布居捕获原子对探测场本身而非所有作用场的响应。通过研究,我们发现基于相干布居捕获效应的原子-场系统能够产生共振增强的交叉二阶非线性极化率χ(2),同时伴随线性吸收的消失。我们从物理本质上证明了增强的交叉二阶非线性极化率χ(2)是由相干布居捕获原子暗态漂移产生的,它来源于作用场(包括缀饰场与探测场)与原子相互作用的六光子参量过程。在基于电磁诱导透明的系统中由于不存在暗态直接扰动,我们只能得到比二阶非线性极化率χ(2)更弱的三阶极化率χ(3)。二阶非线性,由于其更强的非线性效应,在弱光条件下比三阶非线性更加灵敏,我们可以将其应用于量子非破坏性测量。2.在电磁诱导透明窗口内产生多色克尔非线性。我们研究了三能级∧型原子系统的非线性效应。当两个或多个弱探测场被限制在同一个电磁诱导透明窗口中,探测场之间会产生增强的自克尔非线性与交叉克尔非线性,并伴随线性吸收的消失。我们的方案不同于现有的电磁诱导透明方案,只能得到自克尔非线性或交叉克尔非线性,两者不能同时产生。在同一个电磁诱导透明窗口内,我们详细分析了双色与三色克尔非线性。此外,我们的方案可以推广到多色克尔非线性的情形。由于所有的原子布居几乎完全处于暗态,场算符与原子自由度完全分离,我们的方案对原子自发辐射具有鲁棒性。因此,我们的方案可以实现双模或多模光场间高品质的压缩或纠缠。