氦原子作为最简单的多电子原子体系,是精密测量物理的重要研究体系,其原子结构的理论计算和跃迁光谱的实验测量在发展多电子原子结构理论、确定基本物理常数和提取原子核信息等方面有重要应用。极化率反映了原子在外场中的响应性质,氦原子的极化率在精密光谱测量中的Ac/Dc斯塔克频移分析中有着重要的应用。在某特定波长的外场下,量子态/量子跃迁感受的Ac斯塔克频移为零时的光波长称为幻零波长/魔幻波长,其在原子冷却囚禁、跃迁矩阵元的精确确定、以及量子电动力学理论检验等方面有着全新的应用。例如,氦原子2 3S态413 nm幻零波长的理论计算和实验测量相结合可以从非能量角度检验量子电动力学(QED)理论;另外,利用氦原子2 1S→23S跃迁的319.8 nm的魔幻波长阱囚禁氦原子,有望提高原子核电荷半径的测量精度。本文自主发展了基于B-样条函数的组态相互作用(CI)计算程序,实现了大规模的并行计算,提高了能级、波函数和跃迁矩阵元的理论预言精度,提供了可靠的极化率、幻零波长和魔幻波长的理论计算结果。具体内容包括:(1)在非相对论框架下,计算了氦原子2 3S、3 3S、2 3P和3 3P态长度、速度和加速度规范下的静电偶极极化率,其中长度和速度规范下极化率的符合程度达到10-7;确定了氦原子一系列处在可见光和红外波段的幻零波长和魔幻波长,其中氦原子2 3S态的413 nm幻零波长B-样条计算结果为413.038 28(3)nm,改善了此前Mitroy和Tang的半经验计算结果,且给出4He、3He情况下该幻零波长的结果分别为413.139 19(2)nm和413.172 22(2)nm;另外我们发现氦原子2 3S→33P跃迁的1066nm魔幻波长可用来确定(2 3S→23P)/(33P→63S)跃迁矩阵元比值,该方法可应用到末态为高激发态的矩阵元测量中。(2)在相对论框架下,采用包含Breit相互作用的CI方法,详细分析了有限核质量效应和相对论效应对氦原子2 3S1态413 nm幻零波长的影响,给出该波长的B-样条理论计算结果为413.085 9(4)nm(MJ=1),将理论计算和实验测量的相对误差减小到19 ppm;同时计算了氦原子双重禁戒跃迁2 1S0→23S1(MJ=1)的一系列可见光波段的魔幻波长,改进了此前的半经验计算,提供了更为可靠的魔幻波长理论预言值。(3)考虑了有限核质量效应和相对论效应对氦原子能级、极化率、魔幻波长和幻零波长的影响后,进一步我们考虑QED修正。首先用B-样条非相对论CI方法计算氦原子能量的QED修正领头项中的贝特对数项(Bethe logarithm),给出了n 3S(n=2-9)态加速度规范下的B-样条计算结果,其中n3S(n=2-5)态贝特对数项的相对不确定度为10-7到10-8。(4)我们将自主发展的基于B-样条函数的组态相互作用计算程序推广到类氦离子体系的计算中,计算了Li+离子2 3S、3 3S、2 3P和3 3P态的极化率,确定了一系列幻零波长和魔幻波长,这些波长大部分处在可见光和紫外波段;同时,我们考虑了有限核质量效应对6Li+和7Li+的能级、振子强度、极化率、幻零波长和魔幻波长的影响。Li+离子幻零波长和魔幻波长的计算为实验上囚禁Li+离子、分析Ac/Dc斯塔克频移提供了可靠的理论输入值。