激光由于具有高亮度、高方向性、高单色性以及高相干性等优点,如今已成为研究非线性光学至关重要的工具。激光场与物质相互作用可以诱导介质对光学响应的不同激发路径之间的量子干涉,这种量子干涉可以改变介质的吸收、色散以及非线性特征,从而引起电磁感应透明(EIT)、克尔非线性增强、相干布居俘获(CPT)、无粒子反转激光放大(LWI)、真空感应相干效应(VIC)等一系列新颖的光学效应。基于量子相干控制的非线性光学特性在量子光学、非线性光学以及量子光通讯等领域具有潜在的应用价值,近年来已经成为重要的前沿课题。本论文利用光与物质相互作用的半经典理论研究了多能级原子及类原子系统中四波混频(FWM)、光学孤子以及光学双稳态(OB)等非线性光学现象。1.提出了具有共振隧穿效应的五能级非对称半导体双量子阱系统用于研究四波混频过程。研究结果表明在系统中使用两个连续波控制场和一个弱的脉冲泵浦场,可以获得一个四波混频产生场。在低泵浦光输入的情况下共振隧穿可以增强四波混频过程,从而提高四波混频转换效率,尤其在较小的传输范围内,四波混频转换效率显著提高。2.基于隧穿诱导透明,研究了 triangular型三量子点分子系统中光孤子的产生和传播。在该量子点分子系统中,通过栅极电压调制的电子隧穿耦合取代了泵浦场。量子点间隧穿引起的量子相消干涉可以使系统产生双隧穿诱导透明。在合适的参数下,系统的自克尔非线性效应与群速度色散达到平衡,从而产生慢光孤子,更重要的是,该系统可以提供双隧穿通道来支持慢光孤子的传输。3.提出了七能级原子系统用于研究三耦合慢光矢量时间光孤子的形成。通过求解描述原子响应的几率幅方程和慢变包络近似下的麦克斯韦方程,我们可以得到探测场三个极化分量演化的三耦合非线性薛定谔方程组。借助于三个强连续波控制场所引起的量子相消干涉,探测场的三个极化分量的吸收被极大地抑制,同时可增强系统的自克尔非线性和交叉克尔非线性,用于补偿群速度色散,从而确保三耦合慢光矢量时间光孤子的形成。此外,该原子系统允许存在各种类型的三耦合矢量时间光孤子,例如:亮-亮-亮、亮-暗-亮、暗-暗-暗和亮-暗-暗矢量时间光孤子。4.研究了四能级非对称半导体量子阱系统中的光学双稳态行为。该量子阱系统置于一个单向环形腔内并与一个简并的探测场和一个控制场相互作用。研究结果显示通过调节Fano干涉强度可以有效地控制系统中光学双稳态的出现与消失;通过改变控制场强度可以控制双稳态的阈值和磁滞回线宽度;研究结果还表明在特定的控制场失谐范围内,系统出现光学多稳态现象,并且通过调节控制场失谐可以有效地控制光学双稳和多稳之间的相互转换。