量子力学是20世纪科学发展过程中最重要的理论之一。随着量子计算和量子信息学等众多以量子力学为基础的全新领域地兴起,量子理论在推动现代社会进步过程中展现出了愈发重要的作用。利用量子理论来研究并设计量子器件,进而构造量子仪器及机械已经成为现今无论是理论基础还是实验应用方面的重要研究方向。由于原子与腔场相互作用体系的高品质、易于制备等特性使其成为实现这些研究的一个重要平台,基于其良好特性进行高精度的量子度量成为近年来的研究新热点。实现精密量子测量的一个关键技术问题是如何控制腔场相互作用体系中的量子退相干--这是量子力学区别于经典力学的一个根本特性。然而,当量子系统与外界环境相互作用时,却不可避免地会导致系统的量子退相干。另外,研究量子退相干问题对于人们更好的理解经典世界和量子世界的过渡,有重要意义。本文通过开展一系列原子与腔场相互作用体系的量子退相干方面的探索性研究,为有关量子仪器及机械的基础理论提供了研究依据,并介绍这些理论在以量子度量学为代表的精密测量领域的重要应用。本文共分八章,主要研究工作如下:第一章和第二章:简要介绍了本研究课题的背景及其现状,回顾了量子退相干、压缩态、准模理论的研究历史,介绍了密度算符、退相干、辐射场量子化、压缩态以及自发辐射等概念和原理。第三章:根据环境诱导退相干的理论,研究了一个原子与一个处于压缩真空态的单模光场相互作用时,原子与光场之间的耦合所导致的原子空间退相干问题。研究表明,当腔场中存在一个运动的原子时,腔场与原子内部能态的耦合会诱导原子自发辐射,使得原子质心运动发生退相干,并以此揭示了退相干因子对量子仪器模拟一些物理现象的影响。第四章:研究原子的空间退相干因子,分析腔场的压缩系数对原子空间相干性的影响,研究单个二能级原子与真空电磁场相互作用对原子质心运动量子退相干的影响,并分析了原子跃迁和原子自发辐射对质心运动相干性的影响,发现了一些新量子现象。结果表明,原子的自发辐射导致了原子空间自由度与真空场之间产生了量子纠缠,破坏原子质心运动的相干性。从而对如何调节量子器件参数来保证其可靠性提出了一些新的理论依据。第五章:研究一个二能级原子置于一个一维耗散腔时,原子的动力学耗散。计算得到腔中原子的动态衰减率,并讨论了原子与腔模式之间的失谐量和腔的尺寸对原子衰减率的影响,得到了一些新的基于准模理论的结果。原子和场模式之间的失谐量不同时,原子衰减率不同。失谐量越大,原子衰减率越小。并且腔的尺寸也影响原子的衰减率,随着腔的长度增大,原子衰减率越小。原子与腔场相互作用体系的量子退相干研究第六章:研究机械振子对置入耦合系统中的原子状态产生的影响。考虑了在机械振子耦合光腔中原子退相干的问题。结果表明,整个系统若不存在耗散,且无外驱动情况下,原子不存在退相干,机械振子的振动状态只会改变原子相干性的演化周期;当系统存在耗散时,并且系统与驱动场非共振情况下,外场和机械振子的振动状态不会减缓原子的退相干。由此可见,机械振子与耗散扮演角色之间的区别和联系能够揭示一些重要的物理现象。第七章:介绍原子与腔场相互作用体系在以量子度量学为代表的精密测量领域的应用。第八章:本文的总结与展望。