光与原子相干性之间的转换是研究光与原子相互作用的基本问题之一。光与原子之间的量子态转换可用于实现宏观原子系综的纠缠、量子隐形传输、量子存储,以及量子中继器,因此其在量子信息处理和量子网络中有非常重要的作用。原子系综的原子数目能通过激光冷却囚禁技术而大幅提升,并且原子的基态相干性能被有效操控而最大限度地匹配输入的光场模式,原子系综能实现超过90%的光-原子转换效率乃至光学存储效率。光场中没有被存储到原子内态相干性的部分,即通常被称为漏光,被普遍认为是量子系统的损失而无法被利用。但是,只要这部分光场的相干性没有破坏,其携带的信息仍可再利用。光与原子相干性之间的线性转换本质上是一种线性分束器模型,而原子系综本身具有很高的可操控性。因此,可以利用光与原子之间的转换实现可操控的光与原子量子界面。我们基于电磁诱导透明效应中的暗态极化子的概念提出了虚拟光-原子分束器的概念,并在冷原子系综中对光与原子相干性的转换进行了研究:通过改变控制光的光强而改变分束转换比例,实现了分束比可调的光-原子分束器;此外,我们发现转换过程中不可避免的损耗会引起光与原子相干性之间非厄米的转换。我们通过调节激光频率以及原子系综的光学深度发现光-原子分束器的厄米特性可以变换。因此我们实现了一个厄米性可调的分束器,相比于常规的固态分束器,这种虚拟分束器具有更大的操作自由度。本论文包含以下三个工作:1.利用DLCZ方案实现光-原子相干性转换产生关联光子对。在二维磁光阱中通过读写过程产生关联光子对以及宣布式单光子,并且研究在不同的实验条件下,双光子波包的变化情况。利用DLCZ方案的读取过程,通过改变读光光强,观察原子自旋波的转换情况,模拟原子自旋波的分束过程,我们发现原子自旋波的读取效率与读光强度和脉冲宽度均成正比。2.在三能级电磁诱导透明[Electromagnetically induced transparency(EIT)]系统中,通过EIT存储过程实现光场与原子基态相干性之间的相干分束。在不同的控制光条件下,EIT存储效率也不同,且未被存储的光与原子自旋波的比例会发生改变。当控制光从0.5 mW一直增大到12.5 mW时,光和原子相干性的比例被有效调节。在3 mW处,光与原子的比例为50:50。因此,我们分别演示了DLCZ和EIT存储过程中,改变泵浦光的激光光强均可实现控制光和原子之间的转换效率,从而实现分束比可调的分束器。3.将光和原子自旋波在虚拟分束器上进行合束,通过施加控制光脉冲引起光和原子自旋波的同时转换并干涉。通过调节电磁诱导透明过程的单光子失谐和原子系综的光学深度可以控制分束过程中的损耗比例,进而影响干涉结果:当损耗可以忽略不计时,光和原子自旋波的转换是厄米的,干涉条纹互补;当损耗增大时,光和原子之间的转换呈现非厄米特性。最终,我们实现了厄米性可调的光-原子分束器。