自上世纪90年代以来，超冷原子物理在精密测量、量子信息、量子模拟等领域取得了令人瞩目的巨大成就，并且有力的推动了冷分子物理的理论和实验研究。与原子相比，分子的内部结构更为复杂，更易于被外场操控，因此，研究超冷分子的制备、光谱测量和外场操控是更有挑战和更有潜力的前沿研究内容，将开辟更多新的交叉研究领域，如：超冷化学、量子信息处理、超高分辨分子光谱等。　　超冷分子是在实验中利用激光或磁场将超冷原子合成后产生的一种新型分子，与传统的热分子具有明显的差异，其激发态主要为高振动态分子，处于接近离解限的长程区域，通常称为长程分子或纯长程分子。因此，在获得超冷分子样品以后，首要的任务是了解其能级结构，获得相关的分子常数或分子系数，进而构建高精准的势能曲线，为后续基于超冷分子的相关应用研究铺平道路。此外，通过研究超冷分子长程态的能级结构，可以有助于人们深刻理解从分子连续态到原子散射态之间的过渡区域的物理机制。　　本论文研究工作是针对超冷分子长程态高振动能级吸收的转动常数难以直接精密测量的问题展开的，通过发展双光缔合光谱技术，构建精确的光学频率参考，从而获得了相邻转动能级的频率差，进而通过非刚性转子模型，拟合得到了超冷分子长程态高振动能级的转动常数。本论文的研究工作主要包括以下三个方面的内容：　　一、采用标准的磁光阱技术，在背景真空度为10-7Pa的气室中，制备了温度约为100μK,原子数约为5×10-7的超冷铯原子样品。利用超冷原子单色光缔合技术，将碰撞的超冷原子对缔合形成超冷铯分子，采用俘获损耗光谱技术探测到长程激发态高振动能级的光缔合光谱，其中转动能级可分辨J=0～7的连续光谱。　　二、超冷分子近离解限区域的高振动态的转动能级非常密集，常规的方法无法直接获得其相邻能级频率差，因此无法实现对转动常数的拟合。我们发展了一种双光缔合光谱技术，即人为的创造了一个光学频率参考，在保证光缔合激光严格线性扫描的前提下，可以通过此频率参考，精确的获得相邻转动能级的频率差。实验中，我们所获得双光缔合光谱的信噪比达到～20。通过此技术，我们测量了超冷铯分子光致频移，证明了其在微小频率差测量方面的可行性。　　三、通过双光缔合光谱，在实验上获得了超冷铯分子长程态0u+态振动量子数v=187的相邻转动频率差数据，考虑到长程分子内部较弱的作用力，采用非刚性转子模型，对实验数据进行拟合，获得了振动态v=187的转动常数和离心畸变常数。研究了转动常数对振动量子数的依赖关系，发现其为线性依赖关系。　　通过本论文的研究工作，我们发展了双光缔合光谱技术，获得了高振动能级的转动常数，该技术还可以被扩展研究光缔合线宽、光致频移的精密测量。