光与中性原子系统的相互作用是物理学最基础的研究领域之一，其拥有大量有趣的现象和应用。光不仅仅是揭示原子结构信息的源，也可以用于作用原子、操纵原子、控制原子的各种自由度。过去这些年，伴随着激光器的发展，人们扩展了该研究领域。从激光中出来的光既可以操纵原子的外部自由度，主要是原子质心的位置和动量，也可以操纵院子的内部自由度，比如原子质心系的电子结构和自旋极化。操纵原子外自由度已经持续发展几十年了，能实现冷却与束缚中性原子到非常低的温度。这些技术有磁光阱(magneto-opticaltrap，MOT)和波色·爱因斯坦凝聚(Bose-Einsteincondensate，BEC)等。操纵原子内自由度可以用于相干地控制原子的能级结构并且极大地改变原子的光学性质。比如光学泵浦、电磁诱导透明(electromagneticallyinducedtransparency，EIT)和光学群速度的延迟等。　　 在这篇论文中，我将讲述用实验方法调控MOT中铷(Rubidium，Rb)85冷原子系综的非线性光学特性。这些非线性光学现象囊括了从EIT到四波混频(four-wavemixing，FWM)的存光。我也将在论文中详细地描述激光冷却与束缚的整个实验装置的设计。　　 在引言中，我将介绍一下光与原子相互作用的内容——光对原子外部自由度和内部自由度的操纵。对这两种自由度的操纵直接导致了一项技术和一个发现，激光冷却技术和EIT现象。这两项技术及其应用在量子信息(quantuminformation)的各方面都有很重要的研究价值。　　 在第1章中，我将简单地介绍一下实验中用到的理论基础。这包括制备MOT中冷原子云的基本理论——激光冷却与束缚中性原子，EIT的物理机制与理论推导，基于EIT的慢光与存光和双A型FWM。　　 在第2章中，我会明确地描述我们实验中冷原子系综的来源——二维MOT。这个MOT由超高真空腔体、约飞线圈、激光系统和一些其他仪器组成。不同于用一对通常的反Helmholtz线圈，我们用的是两对跑道型的约飞线圈去产生束缚磁场。这种改进可以制造出雪茄形状的原子云，不是球形的云。光学厚度，或者说光与原子的相互作用，能被显著地增强。而且在原子云轴向，约飞线圈产生的磁场强度为零，这样减小了原子基态能级间的弛豫。MOT的一些实验参数我们也做了测量。接下来的实验都是基于这个MOT完成的。　　 在第3章中，我们第一次实验上实现了光学图像的FWM存储与恢复。在FWM过程中，入射的信号光S和产生的闲频光I都携带有图像信号，能被同时地写入和写出长寿命的冷原子系综基态相干中。我们也观测到了信号光S和闲频光I的恢复效率的振荡。这振荡是由于在外加均匀磁场中，基态相干的Larmor进动所引起。这也是一种信号光S和闲频光I之间位相存储的表现。这种图像存储技术能被用于图像处理，远程传感和量子通信中的应用。