非经典光源,如单光子源、纠缠(关联)光子对,常被用于量子密码术、量子信息处理、量子计算、量子模拟、量子成像、量子精密测量等领域。这些领域对量子光源的性能要求极高,这些性能包含高纯度、高亮度、高收集效率、可以与现行的光子集成技术兼容等。迄今为止,实验或理论上常见的制备量子光源的方案有N-V色心、量子点、自发参量下转换、自发四波混频以及量子点中的双激子-激子级联辐射等等。通过这些方案制备出的单光子或者光子对的性能或多或少都有不足之处。为制备出性能更佳的量子光源,需要在理论或者实验上不断地尝试创新,寻找出新的制备方案。近些年来,不少学者提出利用光子阻塞效应制备新型单光子源。无论是由光与原子强非线性相互作用所引起的常规光子阻塞效应,还是由系统的量子干涉所引起的非常规光子阻塞效应,在理论及实验上都有了一定的研究进展。到现在为止,利用原子-腔耦合系统进行光子阻塞效应的研究都是基于原子失谐等于腔失谐的条件下进行展开,理论上该系统在原子失谐不等于腔失谐情况下的光子阻塞效应物理机制还有待探究。此外关于光子阻塞效应的研究大家主要集中在单色光子阻塞效应,而对于能否出现双色单光子阻塞效应理论上还有待开展研究。基于以上两点考虑,本文在已有的研究基础上,突破传统的约束条件(光场失谐等于原子失谐),研究二能级原子与单模光场耦合系统模型(J-C模型)、参量驱动下二能级原子与双模光场耦合系统模型(U-C模型)的常规与非常规光子阻塞效应物理机制。通过研究我们将对光子阻塞效应的物理机制理解得更全面更深入,希望在此基础上提出纯度和亮度等性能更佳的单光子源理论制备方案。此外,本文还研究了V型三能级原子与双模光场相互作用模型,探索在该系统中出现双色单光子阻塞的参数条件,进而利用它构造双色单光子源。具体而言,本论文开展了以下研究:1.研究放宽传统约束条件后J-C模型的常规/非常规光子阻塞效应的物理机制。首先从相互作用表象下的J-C模型有效哈密顿量出发,(a)利用缀饰态分析系统处于强耦合时的能级跃迁情况,研究常规光子阻塞效应的物理机制;(b)采用裸态波函数方法研究量子干涉引起的非常规光子阻塞效应的物理机制。通过理论分析给出放宽传统约束条件后系统出现光子强反聚束效应的最优参数条件。其次理论分析系统二阶关联函数的解析表达式,并对比原子失谐等于腔场失谐的情况,发现当原子失谐不等于腔场失谐时系统可以获得更强反聚束的光子。最后根据系统密度主方程,数值模拟系统的二阶关联函数,并将数值模拟结果与理论分析结果进行比较,验证了理论分析结果的正确性。2.研究放宽传统约束条件后U-C模型的常规/非常规光子阻塞效应的物理机制。不考虑二次谐波的损耗,U-C模型相当于CQED系统(J-C模型)与参量过程的复合系统,或相当于在参量/相干双外场驱动下非线性双模腔模型(空腔模型)中再添加一个与基模耦合的二能级原子。本部分利用研究J-C模型的方法来探寻U-C模型中的常规/非常规光子阻塞效应的物理机制,得到了U-C模型二阶关联函数的解析式,给出了U-C模型强耦合条件下光子强反聚束的最优条件。并将该最优条件与J-C模型、空腔模型的最优条件进行比较,发现这三种模型出现光子阻塞效应的参数条件之间存在着密切联系。此外,根据系统密度主方程,数值模拟了系统的二阶关联函数,并将数值模拟结果与理论分析结果进行比较,验证了理论分析结果的正确性。3.研究V型三能级原子与双模光场耦合系统在常规光子阻塞效应下实现双色单光子源的条件。首先从相互作用表象下的系统哈密顿量出发,在缀饰态表象下分析当三能级原子的两个跃迁能级及双模光场各自失谐量大小相等符号相同时系统能级的跃迁情况,发现此时双模光场皆出现单光子阻塞现象,且两个单色光子之间具有强的反关联。而当两个跃迁能级及双模光场各自的失谐量大小相等符号相反时,双模光场各自出现了单光子阻塞现象,且双模光子之间还具有强的关联效应。其次在Fock态表象下求解稳态有效薛定谔方程,给出双模光场的二阶自/互关联函数的解析表达式,进一步讨论了上述两种参数条件下双模光场的光子统计特性,结果与之相互验证。最后利用密度主方程进行数值求解,给出了双模光场的二阶自/互关联函数的数值图解,并与解析结果进行对比,再次验证了理论分析的正确性。总之,本文系统地研究了三种不同物理模型产生光子阻塞效应的物理机制。通过研究发现我们的模型有望用于制备出纯度更高的单光子源,也为双色关联光子对的制备提供了一个可行的理论方案,可为实验上制备出更好的量子光源作参考。