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光子晶体,即光子禁带材料,是由不同折射率物质以微周期结构形式组合成的人工合成物质。这种材料最大的特点莫过于具有光子频率带隙(Photonic Band Gap,PBG),频率落在禁带中的光或电磁波是被严格禁止传播的。自从1987年,E. Yablonovitch和S. John分别独立提出光子晶体的概念以来,光子晶体以其独特的物理性质迅速成为了研究热点,而置于其中的原子的自发辐射也一直是量子光学中的热门研究课题,会产生诸如电磁感应光透明等物理现象。自发辐射是在自由空间中,处于高能级的原子在没有外来光子的情况下,原子以一定几率自发的向低能级跃迁,从而发出一个光子的过程。从1896年Becquerel首次观察到原子的自发辐射现象,到1917年Einstein提出自发辐射相关理论以及之后的相当长一段时间,人们对于自发辐射的认识,依然只是局限于认为这是原子本身固有的、自发的、不可逆的且不可控制的一种物理过程。但随着量子辐射理论的发展,人们逐渐认识到自发辐射不仅仅与原子的结构有关,也与原子跃迁频率附近的电磁场的属性有关。所以最初人们对自发辐射的研究主要集中在真空场热库环境下,而在光子晶体这一特殊热库中的研究工作还不够。而当前对光子晶体热库环境中自发辐射的研究工作又主要集中在无外加光场的情况,所以本文对置于各项异性光子晶体中的,采用外场对下能级进行耦合的三能级原子的自发辐射性质进行了研究。其具体内容主要包括:1.在理论推导中,采用全量子理论,将光子晶体材料复杂的场的模密度变换成与光子晶体结构密切相关的G函数。在计算上能级粒子数随时间的演化时,利用缀饰态表象,通过Laplace变换和留数定理,得到粒子数的表达式,进而推导出辐射场的分布,以及辐射谱的表达式。2.首次详细讨论了下能级耦合的三能级原子的自发辐射性质,包括粒子数随时间演化的特性,根的各个分布区间内辐射场的分布,以及各个区间内辐射谱的线型。3.讨论了外场频率与原子跃迁频率之间的失谐D 0等参数对原子自发辐射性质的影响。以上的理论研究,给出了各项异性光子晶体中,采用下能级耦合的三能级原子的自发辐射性质。我们发现,上能级粒子数,辐射场的组成部分,以及自发辐射谱的性质不仅仅依赖于原子的上能级与带边的相对位置,也与驱动场的强度,以及原子共振频率与驱动场频率的失谐有关。根据性质的不同,辐射场可以分成弥散场,局域场和传输场三种。在根的分布区域I中,存在不随时间衰减的局域场;区域II中,存在随时间衰减的局域场和传输场;区域III中,存在传输场。由于光子晶体的存在,在传输场与弥散场之间产生了量子干涉,导致总辐射场强度的震荡。而随着距原子距离的增加,干涉渐弱,场强也随之减小。由于辐射场的不同组成部分,区域I中,存在局域场,无传输场,粒子数几乎没有衰减;在区域II中,粒子数随时间有所衰减;在区域III中,存在传输场,无局域场,粒子数的衰减最快。我们也发现,同样由于辐射场各个区域的组成成分不同,辐射谱也相对应的不尽相同。区域I中,辐射谱由两个局域模式产生的奇异点和一个带隙边缘的峰组成;区域II中,r较大的情况下,整个谱线只呈现单辐射峰的状态;区域III中,整个谱线呈现双辐射峰的状态;在区域IV中,整个谱线呈现双辐射峰的状态,且两辐射峰不随位置r的增加而变化。