里德堡分子是组成分子的一个或多个电子处于里德堡态的分子,除了具有里德堡原子的尺寸大、寿命长和极化率大等优良特性外,还具有丰富的振动能级和奇异的绝热势能曲线,比里德堡原子更容易受外场操控,在微弱信号检测,真空波动研究,超冷碰撞淬灭,量子气体的相关性测量中具有潜在的应用价值。按形成机理不同里德堡分子分为里德堡-基态分子和巨型里德堡分子。里德堡-基态分子,又称长程里德堡分子,是由一个里德堡电子与一个或者多个基态原子低能电子散射形成,分子半径≤2n²与里德堡原子的大小相当且具有较大的永久电偶极矩。巨型里德堡分子是由里德堡原子间长程电多极矩相互作用形成的势阱束缚而成,分子半径≥4n²,大小达?m量级。本文主要以铯（nD_J）₂巨型里德堡分子为研究对象:理论上建立了里德堡原子对电多极相互作用的理论模型,数值计算了巨型里德堡分子的势能曲线,获得束缚能、束缚键长、振动能级等参数,为实验制备巨型里德堡分子提供了理论基础;实验上在光缔合制备基态分子的基础上,首次提出了双色双共振光缔合制备超冷里德堡分子的实验方案,并成功观察到巨型里德堡分子信号,测量了不同分子态的束缚能和寿命,实验测量与理论计算相一致,并且在此基础上分析巨型里德堡分子的自电离机制。主要研究内容概括如下:1.利用里德堡原子对长程静电多极相互作用理论模型,考虑选择定则和对称性关系,数值计算了nD_J态里德堡原子对的绝热势能曲线,不同磁量子数M的绝热势能曲线存各在一个束缚势阱,可束缚里德堡原子形成分子。研究了基矢大小、高阶相互作用级数对势能曲线和束缚势阱的影响,获得了巨型里德堡分子的束缚势阱深度和束缚键长,振动能级和振动波函数,并得到了势阱深度和束缚键长与有效主量子数的依赖关系。同时计算了巨型里德堡分子的光缔合光谱和激发几率。2.首次提出了双色双共振光缔合制备巨型里德堡分子的实验方案,极大的提高了里德堡分子的激发效率。第一色（激光脉冲pulse-A）共振激发种子里德堡原子,第二色（激光脉冲pulse-B,红失谐于原子对离解限）,共振激发里德堡原子B,与种子原子A形成巨型里德堡分子。建立双色光缔合的实验系统,利用斜坡脉冲场电离法测量并获得了里德堡分子的光缔合光谱。3.利用双色光缔合光谱实现了（62D_J）₂巨型里德堡分子的有效制备,将实验测量的分子谱与理论计算的分子势进行对比,获得了不同分子组态束缚能的实验测量值,与理论计算的里德堡分子束缚能相一致。改变延迟时间研究了里德堡分子的decay效应和可能存在的自电离机制,获得了不同分子态的寿命。4.利用上述的双色双共振激发实验方案研究了蓝失谐处里德堡原子对态的激发增强效应和演化动力学。nD_J里德堡原子对在蓝失谐处表现为很强的排斥相互作用,产生了激发阻塞效应。双色光缔合方案实现了阻塞区内里德堡原子的进一步激发。实验表明:第一色（激光脉冲pulse-A）共振激发的少量种子里德堡原子A,在其周围形成激发阻塞区域。随后改变第二色（激光脉冲pulse-B）光脉冲的脉宽,研究里德堡原子对态的激发及演化动力学,与两体相互作用演化动力学理论模拟相一致。5.建立了里德堡原子与离子电多极相互作用形成里德堡-离子分子理论模型,数值计算了里德堡-离子分子绝热势能曲线、激发几率、振动能级和振动波函数。首次提出了两种制备里德堡-离子分子的实验方案:方案一、里德堡-基态分子的多阶段激发,首先用激光脉冲pulse-A光缔合制备里德堡-基态分子,之后用微波场脉冲电离里德堡-基态分子,再作用激光脉冲pulse-B光缔合实现里德堡-离子分子制备;方案二、巨型里德堡分子的THz光谱激发,首先用双色光缔合制备巨型里德堡分子,再作用THz激光脉冲,光电离巨型里德堡分子,实现里德堡-离子分子的实验制备。本文的创新之处:1.理论上创建了里德堡原子对长程静电多极相互作用理论模型,考虑更高阶相互作用,数值计算了（nD_J）₂巨型里德堡分子的绝热势能曲线和双色光缔合光谱,获得更为精确的束缚势阱;研究分析了巨型里德堡分子的束缚能和键长与主量子数的依赖关系,为实验制备巨型里德堡分子提供理论依据。2.首次提出双色双共振光缔合制备巨型里德堡分子的实验方案,与单色光缔合对比,双色双共振光缔合方案可以极大提高巨型里德堡分子的激发几率。我们在实验上成功实现了（nD_J）₂（n=60-64）巨型里德堡分子的有效制备,并测量了不同组态分子的束缚能和寿命等参数,测量结果与理论计算相一致。3.首次提出里德堡-离子分子的概念,建立了里德堡原子与离子电多极相互作用的理论模型,数值计算了铷里德堡-离子分子的势能曲线,并提出了两种制备里德堡-离子分子的实验方案:即微波耦合里德堡-基态分子的多步激发方案和巨型里德堡分子的THz光谱激发方案,为进一步研究不同类型的巨型里德堡分子奠定了基础。