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二十一世纪，机械系统进入了微米和纳米尺度的时代。在过去的系统里，光与机械系统的相互作用是微不足道的，机械系统的质量与光的作用力不在一个数量级上。而现在，微纳米尺度的机械系统却可以和光放在一个天枰上，互相衡量。用光对机械系统进行控制就不再是一个空想。不过，微纳尺度的物理世界由量子力学主宰，例如系统的测量就受海森堡测不准原理限制，要在实验观察上提高测最的精度，就不得不考虑量子效应。从另一方面来看，也正是因为尺度的缩小放大了量子效应，才能有一个平台对系统作量子级别的操纵。微纳系统作为工程史上的新一页让作者更深刻地体会到量子世界不可忽视的存在。
所以光对于机械系统的作用，无论从操纵还是测量来讲，都不是经典控制体系的延伸，而是直接建筑在量子理论上。上世纪四五十年代，物理学家开始晕视的腔量子电动力学为研究光的量子操纵奠定了基础，而其后法布里-珀罗(Fabry-Perot)腔的出现提供了实现光子与机械振子间直接作用的契机。近年来，研究人员利用微腔腔长失谐产生的线性光压(linear radiationpressure)，研究法布晕一珀罗腔里量子纠缠和多稳态的问题。作者以这些研究为出发点，从量子操纵(quantum manipulation)的角度提出一些与微纳尺度力光系统(optomechanical systems)有关的研究课题。
作者首先考虑，光压作用于振子后，振子对光场产生反作用力带来的压缩操纵：即在波恩-奥本海默(Born-Oppenheimer)近似下，机械振子诱导出微腔内量子光场的非线性克尔效应，克尔效应会把初始制备在相干态的光场压成压缩态。由此我们设计出双边的法布里-珀罗腔，对振子两边的腔光场分别进行压缩处理，从而实现对单边光子数的量子非破坏测量(quantumnondemolition measurement)。
其次，作者考虑腔内光场-振子相互作用属于弱耦合，为了提升系统的可操纵性，作者提出腔内注入二能级原子气体的方案，以加强原腔光场和振子间的耦合。腔内光子被原子气体低能激发产生的激子缀饰，变成极化子，与微腔一端的机械振子强耦合，形成高阶的光子压缩态和原子系综-腔光场-振子问的三元绝热纠缠(tripartite adiabatic entanglement)。通过洛施密特回波(Loschmidt echo)的测量，显示出在振子本征频率的调频操纵下，该系统会产生两种不同的三元纠缠。这些效应在传统未加原子气体的微腔里是无法产生的。
为了提高精密测量仪器的精度，减免外界环境对仪器产生的噪声，物理学家重视的另一个问题是仪器的冷却。本文的下半部分将研究从系统整体的可操纵性身上聚焦到机械振子噪声的可操纵性上，具体考虑机械振子的冷却问题。作者提出了一个自反馈控制机制，避免了传统振子冷却系统对外部测量和辅助系统的依赖，证明只需通过一内部介体所供给的反馈，机械振子可以压低其自身的涨落，达到冷却的目的。作者先从经典的双振子耦合模型出发，利用振子与弹簧的交叉配置，证明了这种机制的存在以及该机制压低振予位移涨落的可行性，再将之代入几何控制论，说明自反馈在系统流形上扮演的角色。其次，作者将该机制与上述法布里-珀罗腔内三元耦合系统相结合，利用已有的腔光子高阶压缩效应，设计一个纳米机械振子的自反馈控制系统，对实现宏观物体的量子效应迈进一步。
本论文希望通过这类力光系统几种量子操纵的实现，指出将来人们对纳米尺度量子系统进行任意操纵的可能，也为各种量子信息系统的物理实现提供线索。作者最后把微腔系统推广到耦合振子阵列，以一个多体系统对腔内光场的操纵为结尾，来讨论往后量子操纵的发展。