光和原子相互作用是量子光学的主要研究内容。其常用的研究方法包括仅把原子量子化的半经典理论,以及把光场和原子都量子化的全量子理论。光和原子的相互作用表现出很多独特的量子现象,如拉比震荡、相干布居俘获、慢光和里德堡阻塞等。本文研究光场和原子相互作用的过程,我们不仅关注光场的变化,也关注原子的行为。全文主要分为两个部分:一是光场的相干调控及其应用,二是这一过程中由单原子构成的自给式热机。光的相干调控是指利用原子（或者人造原子）为媒介,通过光与原子的相互作用,实现对光场各种属性的调制的一种方法。在研究量子计算机和量子通信的过程中,光子作为量子信息的理想载体,受到了广泛的关注。与电子不同,光子之间没有直接的相互作用。想要实现对光的相干控制,必须依靠原子作为媒介。另外,原子在光子的产生、储存等方面还起着重要作用。自给式热机是一种特殊的量子热机,它能够在没有任何外部能源的情况下,只是通过与不同温度下的热库热接触,就实现制冷机和热机等功能。具体来说,本论文取得以下结果:1、采用电磁感应透明的原理,在宇称破缺的三能级原子与三个经典光场相干耦合的系统中,我们研究了 △型三能级人造原子对两个弱场的极化响应,并提出了一种交叉相位调制方案。△型三能级原子特有的循环跃迁结构,使得三个光场的相对相位对原子的极化有明显的影响,调节相对相位可以灵敏地改变弱场的吸收和色散。在我们的方案中,探测场可以无吸收的透明传播。借助于多光场的相对相位,我们实现了在增大辅助场对探测场的交叉相位调制的同时,遏制探测场自相位调制。除此之外,探测场和辅助场在介质中传播的色散曲线基本保持一致,这表明它们拥有着相似的群速度。2、提出了一种更完善的全光开关方案。在我们的方案中,通过简单的打开或者关闭弱辅助场,控制循环跃迁结构的闭合或者被破坏,就能够使探测场处于透明传播状态或者被吸收状态。然后,我们通过求解系统的稳态解析解,解释了这一现象:当打开辅助场后,闭合的循环跃迁结构使得非线性效应大大增强,足以抵消掉线性效应带来的吸收。我们还对本方案与电磁感应透明方案进行了对比。3、给出了一种新型自给式量子热机的理论方案。在该方案中,我们实现了对目标量子比特的冷却,并讨论了热机和目标量子比特之间耦合强度对制冷效果和制冷效率的影响。我们发现,强耦合有助于把目标量子比特更快的冷却到更低的温度。但耦合强度对临界温度没有显著影响。需要指出的是,我们的方案可以在不更换热机的前提下,用于冷却任意频率的目标量子比特。