本论文介绍作者在攻读博士学位期间所做的研究工作，研究的内容是在全光通信和量子保密通信中分别发挥关键作用的慢光缓存和真随机数产生能力。在发展了多项半导体激光器相关关键技术的基础上，作者从量子物理基本原理出发，对慢光缓存和真随机数产生的物理机制、性能优化与拓展，以及新方案的探索与实现等进行了深入的实验与理论研究。　　 研究小组实现了研制线宽约300 kHz的外腔半导体激光器及其稳频与线宽测量等能力，并且发展了高速数字电压采集和两台激光器频差为9.2 GHz的光学锁相等关键技术。在完成电磁感应透明（EIT）、慢光和光脉冲存储等量子相干效应研究后，作者还在实验上研究了V型EIT中的非相干泵浦效应，以及在理论上解释了不同方向的非相干泵浦光对慢光产生相反操控效果的原因。　　 慢光缓存是实现全光通信的核心能力。一方面，为提高慢光缓存系统的带宽延迟积，作者在实验上研究了六个不同形状光脉冲的慢光效应，并得到三个在慢光性能上具有较大优势的脉冲形状；在理论上利用光滤波器模型得到与实验一致的模拟结果。另一方面，作者将光调制技术与慢光缓存研究相结合，提出并实验研究了一个幅度调制Gaussian脉冲（AMG）的慢光效应，以及利用频谱补偿的方法在强度和形状上恢复发生严重变形的慢光脉冲；并提出一个AMG脉冲内不同频率分量的“同时快慢光”现象可用于提高系统的带宽利用率。　　 产生真随机数是保证量子密钥分发系统安全性的前提条件。然而，现有的真随机数产生方案还不能满足应用的需求，因此产生真随机数的研究得到了广泛的关注。注意到激光光场的相位噪声，因来源于光子自发辐射这一量子力学效应而具有本质的真随机性。基于这一事实，作者提出并实现了基于垂直腔面发射激光（VCSEL）相位噪声测量的真随机数产生方案，并获得了20 Mbit/s的产生速率.这个速率比之前基于单光子的真随机数产生方案（最高速率为4 Mbit/s）有了较大的提高。而且，利用该方案连续采集长达14 Gbit的随机数比特序列，不仅通过了Diehard和NIST-STS两项标准的随机性检验，而且满足关于真随机数序列统计偏置和一阶相关系数的两项统计判据。