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在现代物理学的发展历程中,精密光谱学是人们揭示微观世界规律并获知物质内部结构的重要手段之一。人们对光谱分辨率和灵敏度的不懈追求已经成为驱动科学技术突破的主要动力。激光的发明使光谱分析的极限探测灵敏度、光谱分辨率、时间分辨率、空间分辨率得到了极大的提高,将传统光谱的研究范畴扩展到精密测量、超快动力学等领域。光学频率梳作为精密光学频率测量和超快光学结合的产物,进一步促进了精密光谱学的发展,使高精度量子操控原子分子成为可能。本文主要通过激光(窄线宽连续激光器和光学频率梳)和原子相互作用的双光子过程,实现双光子的最优跃迁,获取铷原子高激发态的相关信息。主要研究内容如下:1.利用窄线宽连续激光器输出波长分别为780 nm和776 nm的激光作用在铷泡上,实现铷原子5S-5P-5D的双光子分步跃迁,分别获取了87Rb5S1/2(F=2)-5D5/2、85Rb 5S1/2(F=3)-5D5/2、85Rb 5S1/2(F=2)-5D5/2和87Rb5S1/2(F=1)-5D5/2的双光子光谱。详细研究了6P3/2-5S1/2自发辐射的420 nm蓝光荧光强度和实验参数的关系。2.利用5S-5P-5D双光子跃迁实验上实现了铷原子在光学诱导晶格中的离散衍射,获得了清晰的衍射图案。详细研究了频率失谐对离散衍射图案的影响,该研究工作对于在原子系综中研究Parity-time对称具有重要的意义。3.利用光学频率梳和窄线宽连续激光器输出的激光反向传输作用在铷泡上,有效克服了由于原子运动带来的多普勒效应,获得了铷原子5S-5P-5D的高分辨双光子跃迁光谱。系统地研究了铷原子温度、连续激光器输出光功率对5S1/2-5D5/2的双光子跃迁的影响。该研究工作对于建立高稳定的光学频率标准提供了一种有力手段。