光子晶体(Photonic Crystal，PC)是一种人造周期结构，1987年由Yablonovitch和John分别提出。由于其具有精确控制光场的能力，有望成为下一代基于全光技术的信息时代的主要光学元件。负折射率材料(Negative Refraction Material，NRM)是一种在同一频段具有负的介电常数(ε<0)和负的磁导率(μ<0)的人工电磁材料，1967年由前苏联物理学家Veselago首先提出并研究。与传统材料不同，负折射率材料的电磁波波矢k，电矢量E与磁矢量H构成左手关系，因此也被称为为左手材料(Left-handed Materials，LHM)，它所具有的奇特的光学与电磁学性质以及在信息科学与技术方面的潜在应用引起了人们广泛的关注与研究。光子晶体和负折射率材料由于其新奇的特性引起了科学家们的强烈兴趣，在世界范围内掀起了一场材料的革命，并分别在1999年和2003年被美国著名科学杂志《Science》评选为十大科技进展的领域之一。 近年来，国际上已经研究出在许多种结构中实现负折射率材料的方案，包括人工异向材料、传输线网络结构、光子晶体、手性结构材料、磁复合结构材料等。这些方案多为基于经典电磁理论基础上各向异性的组合材料方案，并且多在微波波段实现，而基于量子相干理论的光子共振材料实现方案具有原子水平、光频段、各向同性等特点，它还可以避免人工组合材料对空间结构以及周期性的精密加工要求过高以及在短波段(如光频段)存在着不可避免的较大损耗等问题，也是近年来人们研究各向同性负折射材料的主要方向之一。本硕士论文在总结对比二能级、三能级方案的基础上，着重分析研究了利用四能级原子模型的光子共振材料的实现方案。并随后考虑利用周期光场做为四能级原子系统的控制光场构造出自感应可调光子晶体，并分析讨论了该结构的光谱特性，我们通过调整周期结构和原子共振频率两个参数实现了对该结构光子带隙的控制，为今后进一步研究光在该结构中的传播特性做了铺垫。本论文将分为四个部分： 第一章，简要介绍了负折射率材料概念、特性和物理解释、以及研究历史和研究意义，同时概述本论文的研究内容及目的。 第二章，具体介绍原子相干和量子干涉的理论基础，解释并推导了半经典电磁理论、缀饰态、量子干涉的原理以及电偶极矩、磁偶极矩与电磁场相互作用等概念，为后面各章节的深入研究和讨论做铺垫。 第三章，详细论述了如何在原子能级系统中通过量子相干在光频段实现负折射率材料的方法，分三节分别介绍利用二、三、四能级原子系统的三种实现方案。通过理论推导和数值模拟，具体论述了在强共振场驱动下的稠密原子气体在量子干涉和局域场效应共同作用下实现负折射率的方法，并具体分析比较了三种方案的优缺点。 第四章，着重阐述在四能级原子系统的本底材料上周期性的加入做为控制场的空间干涉光场，从而形成折射率周期性排布的自感应型可调光子晶体。在利用光子晶体的周期性和原子系统的量子干涉的基础上，通过调整干涉光场的入射角度和材料的量子效应实现了对光子带隙的调节和操控。