里德堡原子具有大的原子半径，大的电偶极矩以及长的原子寿命，同时由于外层电子的弱束缚，它又很容易受到外场的干扰。这些特点使得有关里德堡原子的研究一直是原子分子物理的研究重点之一。十九世纪七十年代，可调谐染料激光器的出现为产生确定激发态的里德堡原子创造了有力的条件。早期里德堡原子的实验研究通常是在原子束或者热原子当中进行的，由于热运动动能远大于原子间的相互作用，在热的样品中研究里德堡原子的相互作用存在相当的困难。借助于激光冷却与俘获原子技术，目前可以制备超冷里德堡原子，在超冷的里德堡样品中由于热运动被大大地压缩，在一定的时间尺度内可以认为原子是静止的，这样里德堡原子的动力学过程主要取决于原子间的相互作用。由于超冷的里德堡原子在量子计算和量子信息存储方面的潜在应用前景，使得有关超冷里德堡原子间相互作用的研究近年来引起了广泛的关注。　　本文中首先介绍了超冷里德堡铯原子制备的实验装置，这里用外腔半导体激光器和连续倍频固体激光器（或脉冲染料激光器）采取两步激发的方式产生超冷里德堡原子。设计了用于探测里德堡原子的高压脉冲电路、离子信号探测电路以及计算机数据采集系统，获得了铯里德堡原子(n＞25)的能级数据。在此基础上，系统地研究了里德堡原子自发演化到超冷等离子体的过程;此外，通过分析里德堡原子电离光谱特征的演化过程，详细地研究了里德堡原子在长程相互作用下的动力学过程。本文的创新工作包括:　　一.首次观察到处于van der Waals排斥相互作用下的里德堡铯原子的自电离现象。研究了不同密度下的里德堡样品自由离子和原子电离光谱的线宽和强度随时间变化的特征。提出了里德堡原子在排斥相互作用下从原子对离解、态转移直至发生碰撞电离的动力学演化模型。通过速率方程计算得到的碰撞时间符合实验的观察。　　二.系统研究了处于不同激发态的超冷里德堡原子自发演化到超冷等离子体的过程。通过测量里德堡原子演化到等离子体的阈值时间和所需的初始原子数与里德堡态主量子数n之间的关系，研究了里德堡原子演化到超冷等离子体的形成机制，并用冷热里德堡原子的碰撞理论对实验的结果进行了分析。　　三.根据微扰近似的方法计算得到了里德堡原子nS-nS和nD-nD的长程相互作用势能曲线;通过改变第二步激光的强度和脉冲宽度，观察了van der Waals长程相互作用所导致的激发压缩效应;