原子物理的两个基础研究方向是原子光谱和碰撞，它们提供的数据不仅能对天文研究提供重要支持，而且是等离子物理、凝聚态物理等领域中模型计算所必须的。新的实验技术和理论方法为原子物理的研究注入了新的活力，人们在极端条件下的原子、离子碰撞的研究中发现了很多新的物理现象，冷原子和冷离子已经成为越来越受关注的“热物理”。本论文中，我们建设了低能离子-中性原子碰撞研究的混合阱实验平台，在碰撞动力学方面，我们测量了铷离子-铷原子低能总碰撞速率系数，并研究了磁光阱中的冷铷原子对铷离子的协同冷却效应。在原子结构的研究方面，我们计算了锑原子(Sb)的里德堡和自电离里德堡光谱;在光与原子相互作用的研究方面，我们观测到了冷87Rb原子具有亚自然线宽的谱峰和反常Autler-Townes分裂等新奇谱现象。具体如下:　　1.我们从零开始建设了离子-中性原子混合阱实验平台，它将冷却囚禁铷原子的磁光阱和囚禁离子的线性保罗阱集成为一体。混合阱真空可以高达10-8Pa;囚禁的冷原子数在107量级，冷原子温度约为200μK;囚禁的离子数可以多达106量级，离子温度在102-104K。　　2.基于混合阱实验平台，我们测量得到了铷离子-铷原子低能总弹性碰撞和共振电荷转移速率系数Kia=0.94(±0.24)×10-13m3/s，对应的碰撞能量为Ti=3770(±100)K，这和经典Langevin公式给出的截面对应的碰撞速率系数是吻合的。　　3.我们研究了磁光阱中铷原子对铷离子的协同冷却效应，通过测量与冷原子相互作用之后离子温度和数目，研究了离子阱参数q1,2对协同冷却的影响。实验发现在0.3≤|q1，2|≤0.8时冷原子对大量离子具有明显的协同冷却效果。选取q1,2=0.32，我们测量到大量离子(～2×104)可以从初始温度2010(±380)K冷却至325(±35)K，寿命从7s延长至15s。进一步，通过选取合适的离子阱参数和初始离子参数，我们在实验上首次展示了射频加热与协同冷却之间的竞争，找到了协同冷却机制为主的实验条件，观察到了冷原子对离子的明显的协同冷却效果。　　4.在多通道量子亏损理论的框架下，我们利用相对论多通道理论从第一性原理出发计算了Sb原子里德堡和自电离里德堡光谱。我们不仅标识了最近观测到Sb原子的三个里德堡系列和六个自电离态，同时深入分析了干扰效应对谱峰线宽的影响。　　5.我们研究了简并二能级原子与一束强的近共振耦合光作用下的泵浦-探测吸收谱。采用的体系是磁光阱中的87Rb原子的两个能级52S1/2，F=2和52P3/2,F=3，耦合光和探测光具有明确的偏振组合（相互垂直的圆偏振光）。实验上观测到了亚自然线宽谱峰和反常Autler-Townes分裂等明显违背二能级缀饰理论预期的新奇谱线象，结合理论计算，我们给出了解释。