里德堡原子的轨道半径大,极化率强,寿命较长,是处于高激发态的原子。并且里德堡态的能级间隔包含微波和太赫兹波段的频率范围,因此成为微波和太赫兹波量子传感器的有力竞争者。其次,基于AC斯塔克效应（AC Stark effect）,通过测量里德堡原子能级的频移可以实现微弱静电场的测量。另一方面,由于里德堡原子对最外层电子的束缚能力弱,可以用来研究等离子体的自发产生和重组效应。近年来,激光冷却与俘获原子取得的重大突破推动了超冷里德堡原子的产生和发展。由于其强相互作用引起的激发阻塞效应,超冷里德堡原子在量子存储和量子计算方面的应用具有很重要的优势,目前已应用在量子信息处理和量子非线性光学等领域。本文基于超冷里德堡原子研究里德堡激发饱和效应,为下一步实现微弱微波电场的测量打下基础,主要分为以下四个部分:第一部分总述了里德堡原子具有的特殊性质以及在微波电磁场测量、太赫兹场成像、量子计算和量子非线性光学中的应用。接下来介绍了激光冷却与俘获原子的进展,这一重要技术促成了超冷里德堡原子的产生和发展。里德堡原子间的共振偶极-偶极相互作用与n4成比例,范德瓦尔斯相互作用与n11成比例,这两种强相互作用会抑制相邻原子激发至里德堡态。这种效应可以应用于量子逻辑门中。第二部分主要介绍了超冷原子阶梯型三能级系统的理论模型。首先将总哈密顿量分为自由原子哈密顿量和相互作用哈密顿量,通过偶极近似和旋波近似得到相互作用哈密顿量,进而得到系统总哈密顿量。之后通过幺正算符将薛定谔表象下的哈密顿量转化为旋波表象下,并将旋波表象下的总哈密顿量代入密度矩阵随时间的演化方程中,得到系统的光学布洛赫方程,利用编程求得数值解。第三部分主要介绍了磁光阱系统以及超冷里德堡原子探测系统。详细介绍了减弱原子间碰撞的真空装置、提供俘获光和再泵浦光的光路装置、提供吸收光的超稳腔激光系统、提供509nm激发光的里德堡原子EIT稳频系统、提供磁场梯度的四极磁场、补偿地磁场和周围杂散磁场的补偿磁场系统、实验的时序控制系统。最后介绍了俘获损耗光谱的实验探测装置。第四部分首先优化了俘获光和再泵浦光的光束质量、频率和功率,接着通过吸收成像优化了补偿磁场和四极磁场的电流值。优化后的原子荧光接近之前的三倍。我们通过吸收成像测量原子多普勒冷却温度约186μK,偏振梯度冷却温度最优约12μK。将实验参数代入第二章理论模型的数值解中,得到的理论模拟结果与实验结果吻合得很好。在测量得到一系列原子密度梯度结果后,我们得到了不同原子密度下的里德堡激发饱和结果。本文创新之处:一、利用电磁诱导透明光谱的量子相干效应实现了509nm激光的无调制频率锁定,考虑到里德堡原子能级的丰富性,阶梯型三能级系统的电磁诱导透明光谱可以实现宽频段的亚自然线宽频率锁定。二、通过荧光损耗光谱技术实现了对超冷里德堡原子的非破坏探测,并利用俘获光调制解调技术得到了里德堡原子高灵敏损耗光谱。三、通过调控俘获光的频率和功率,研究了不同基态原子密度情况下里德堡激发饱和效应。