高激发Rydberg原子具有许多独特的性质，例如对外界环境的敏感性，较大的原子半径等，使其可以作为研究辐射及场的敏感探针。获得并保持原子的高激发态在诸如原子芯片，光子晶体等许多新技术的探索和开发等领域中都是至关重要的。激发态原子的寿命取决于原子的自发辐射率，它是辐射原子与外界电磁场零点涨落相互作用的结果，也就是说，辐射场对原子的自发辐射率有增强或抑制作用；此外，由于原子和辐射场均受外界环境的影响，因此，不同的外界环境对处于其中的不同偶极距取向的激发态原子的自发辐射率和寿命分布均有显著的调制效应。 近年来，随着实验技术的飞速进步及理论研究工作的蓬勃发展，人们愈来愈关注外界环境中的高激发态原子的自发辐射及寿命分布如何受外界环境的影响。光子晶体研究热潮的兴起、微装置捕陷作用以及应用场操纵高激发态原子的研究也在一定程度上极大地推动了对激发态原子的自发辐射率及寿命分布受环境调制问题的研究。 在本课题中，我们主要完成了以下几个方面的工作： (1)首先利用二次量子化的原子电子场，结合边界条件，对电磁场进行量子化得到腔量子电动力学，进而给出介质夹层空腔内不同偶极距取向原子的自发辐射率公式；利用费米黄金定则及矢量势的边界条件计算了极化原子在全反射平行双镜面组成的光学腔中的自发辐射率。 (2)计算了对称与非对称式介质腔内不同偶极距取向的高激发态原子的自发辐射率及寿命分布，分析了腔的宽度，对称性，夹层介质的折射率以及原子偶极距取向对高里德堡态原子的自发辐射及寿命分布的影响。 (3)我们计算光学腔内不同偶极距取向的激发态原子的自发辐射率及寿命分布，同样分析了腔的厚度，夹层介质的折射率及原子偶极距取向对高里德堡态原子的自发辐射及寿命分布的影响，并与介质腔中的结果做了比较。 (4)利用费米黄金规则以及格林方程近似，计算了全反射单镜面腔附近的不同偶极距取向的激发态原子的自发辐射率，用光子的闭合轨道理论成功解释了原子的自发辐射随其偶极距取向的不同而发生的改变。 论文共分为六章。 第一章为综述，主要从总体上介绍了关于激发态原子自发辐射研究的发展历史和现状，对腔量子电动力学做了简要的叙述，同时介绍闭合轨道理论的特点及研究现状。 第二章介绍了腔内的电磁场。对电磁场进行量子化得到腔量子电动力学，利用边界条件导出介质夹层空腔及全反射平行双镜面组成的光学腔内的原子的自发辐射率公式。 第三章应用上述公式计算了对称与非对称式介质腔内不同偶极距取向的激发态原子自发辐射率及寿命分布；分析了在这两种情况下，腔的厚度对偶极距取向垂直或平行于腔方向的极化原子自发辐射及寿命分布的影响，我们可以发现无论腔的对称性如何，随着腔宽度的增加，两种偶极距取向的原子的寿命分布曲线会逐渐分开，即出现极化原子自发辐射的开关效应，这是因为腔的存在会对偶极距取向垂直于腔方向的原子的自发辐射产生影响，进而影响其寿命分布，而偶极距取向平行与介质腔的原子的自发辐射不受腔的影响，故这两种偶极距取向的原子的寿命分布曲线会分离。 第四章中，为了与介质腔结果作比较，我们计算了平行双镜面组成的光学腔内不同偶极距取向的激发态原子的自发辐射及寿命分布。可以发现，与介质腔中的情况相同，随着光学腔厚度的增加，两种偶极距取向的原子的寿命分布曲线同样会分开，即出现自发辐射的开关效应。 第五章利用费米黄金定律和格林函数，我们计算了全反射单镜面腔附近的不同偶极距取向的原子的自发辐射率，引进标度变量，应用类似于回归谱的标准方法对拟周期的自发辐射率做傅立叶变换，抽取特征频率，与光子的闭合轨道相对应。我们发现单镜面附近激发态原子的自发辐射性质可以用光子的闭合轨道来解释：由于镜面的原因，辐射出的光子经界面反射后返回到辐射原子上，并与此时出射的光子相干，导致辐射率呈现拟周期的阻尼振荡；同时可以发现随着原子偶极距取向与镜面方向夹角的增大，辐射出的光子数越来越少，从而导致了自发辐射的振荡逐渐减弱。 第六章为本论文的结束语，简要地对本课题研究的内容进行了总结，并展望今后可能的发展。