里德堡是主量子数很大的原子,具有很多独特的特性,在量子信息处理、量子计算和精密测量以及多体物理等领域具有广泛的应用前景。里德堡原子相邻能级间隔小（～n-3）,能级密集,相邻能级具有很大的跃迁矩阵元（～n2）,对应的跃迁频率可以覆盖毫米波甚至是厘米波,跃迁波长远大于超冷原子样品的尺度,满足了超辐射的触发条件,超冷里德堡原子系综成为研究超辐射效应的理想系统。超辐射效应是一种相干自发辐射,是大量原子或分子集体协同自发辐射的结果,在非线性光学和量子光学以及多体物理学的研究中起着非常重要的作用,在超辐射激光器和原子钟等量子技术方面有潜在的应用前景。本文以超冷铯里德堡原子为研究对象,利用态选择场电离技术,实验研究了铯原子|nD5/2>→|（n+1）/P3/2>跃迁的decay过程和演化动力学。首次在自由空间中观察到了室温黑体辐射增强的|nD5/2>里德堡态的超辐射效应,研究了里德堡初始布居数和里德堡原子间的强的长程van der Waals（vdW）相互作用对里德堡超辐射decay的作用。实验结果与Discrete Truncated Wigner Approximation（DTWA）理论数值模拟的结果相一致。主要研究内容概括如下:1.介绍了里德堡原子超辐射的理论模型和数值模拟结果。从原子的decay和寿命出发,研究了黑体辐射增强的里德堡|nD5/2>→|（n+1）P3/2>跃迁的decay率和超辐射效应。建立了 Discrete Truncated Wigner Approximation（DTWA）的理论模型,首次从理论上数值模拟了初始原子布居数和里德堡原子间vdW相互作用对里德堡超辐射的影响。研究表明:里德堡原子间的vdW相互作用对超辐射效应具有抑制作用,延缓了超辐射decay率。2.双光子共振激发|60D5/2>里德堡态原子,详细研究了原子decay率和寿命,并对实验测量结果进行了系统的分析。室温黑体辐射可增强相邻里德堡能级的跃迁,实验测量结果与考虑室温T=300K时黑体辐射时的有效寿命近似相同。并改变不同的主量子数n,实验测量了不同|nS1/2>和|nD5/2>里德堡态的寿命,得到了里德堡原子寿命与主量子数n的依赖关系。3.实验研究了自由空间中黑体辐射增强的里德堡态|nD5/2>→|（n+1）P3/2>超辐射decay光谱及演化动力学过程。研究了初始里德堡布居数N和不同主量子数n的超辐射动力学演化过程。首次观察到室温黑体辐射增强的里德堡态|nD5/2>→|（n+1）P3/2>超辐射decay过程和里德堡原子间的长程vdW相互作用对超辐射decay过程的作用。获得了里德堡超辐射decay率r。和最大辐射光子数Rmax与初始原子布居数的依赖关系。理论模拟与实验测量结果相一致。4.介绍了外加电场和微波场对超辐射decay的作用。外加电场使里德堡沿电场方向极化,导致的偶极相互作用极大的抑制了超辐射decay效应。共振耦合里德堡超辐射|nD5/2>→|（n+1）P3/2>跃迁的微波则可增强超辐射decay效应。利用EIT非破坏性探测技术研究了微波耦合的里德堡原子EIT-AT光谱,研究了微波电场的非线性效应,实现了基于里德堡原子的微弱电场的测量。本文的创新之处:1.理论上建立了里德堡原子超辐射理论模型,利用DTWA（discrete truncated Wigner approximation）方法数值模拟了多原子系综超辐射效应。首次在理论上研究了里德堡原子的长程vdW相互作用对超冷里德堡系综|nD5/2>→|（n+1）P3/2>超辐射效应的作用。2.首次在自由空间观察到了室温黑体辐射增强的超冷里德堡原子系综超辐射decay效应,而以前大多数研究集中于腔中的超辐射或者里德堡原子束。实验研究并获得了里德堡原子布局数的动力学演化过程。获得了里德堡超辐射decay率r。和最大辐射光子数Rmax与初始原子布居数的依赖关系。理论模拟与实验测量结果相一致。3.首次观察到里德堡原子间vdW相互作用在里德堡超辐射decay中的作用。在没有外加电场的情况下,角度相关的偶极-偶极相互作用被抵消了。vdW相互作用对里德堡超辐射具有一定的抑制作用,改变了超辐射decay效应的时间尺度。