高激发态里德堡原子间较强的长程偶极-偶极相互作用导致的里德堡阻塞效应,使其成为多体物理、量子计算、量子信息、非线性光学和成像等领域的研究热点。此外,巨大的电极化率使其对外界电场非常敏感,且在静电场、微波电场传感中无需校准,里德堡原子在量子计量和精密测量领域具有重要的应用前景。由于基态到里德堡态单光子直接激发的概率较低且跃迁波长一般处于紫光或紫外光波段,实现起来并不容易,所以实验上通常采用级联双光子或三光子激发的方式制备高激发态里德堡原子。然而,单光子激发的方式可以避免多光子激发过程中原子在中间态的布居,以及由此导致的光子散射和AC-Stark频移带来的退相干等问题。因此,单光子激发的方案对于制备量子计算和量子信息的里德堡缀饰基态原子具有明显的优势。本文我们利用自主研制的高功率、窄线宽、连续可调谐的单频319 nm紫外激光系统开展了铯原子单光子跃迁里德堡激发的实验研究。在铯热原子气室和冷原子系综中,采用全光探测的方法观测到了单光子跃迁里德堡激发信号,并对涉及到里德堡原子的相关物理问题进行了深入研究。研究内容主要包括以下几个方面:（1）研究了高功率、窄线宽、连续可调谐319 nm紫外单频激光产生过程的关键问题。采用窄线宽1560.5 nm与1076.9 nm连续激光通过单次穿过和频与四镜8字环形腔谐振倍频过程获得了输出功率大于2 W的319 nm紫外激光。搭建了放置于超高真空环境中的控温高精细度超稳腔系统,并研究了采用电子学边带锁频方案实现319 nm单频紫外激光相对于该超稳腔系统保持锁定条件下较大范围连续调谐,其连续调谐范围大于4 GHz,频率稳定性小于20 kHz。（2）在铯热原子气室中采用自主研制的319 nm紫外激光系统结合全光学探测的方法实现了6S_<sub>1/2（?）nP_<sub>3/2（n=70-100）单光子跃迁里德堡激发。利用得到的速度选择光谱研究了强耦合场作用下的里德堡激发谱中的Autler-Townes分裂,以及磁场作用下的里德堡光谱对相关参数的依赖关系,并做了详细的理论分析。（3）搭建了铯冷原子磁光阱系统,并测量了冷原子样品的相关参数。采用俘获损耗光谱技术实现了铯冷原子系综中单光子跃迁里德堡激发信号的无损探测,观测到了冷原子系综中的Autler-Townes分裂光谱并作了详细分析。利用里德堡原子巨大的电极化率和电场诱导下的里德堡光谱的斯塔克分裂测量了背景电场的大小。（4）研究了俘获铯原子基态和里德堡态光阱的魔术条件。理论计算了铯原子6S_<sub>1/2基态和nS_<sub>1/2、nP_<sub>3/2里德堡态的动态电极化率,找到了用于实验光学偶极阱的最佳魔术条件,并对影响光阱中里德堡原子寿命的耗散机制进行了详细分析。实验上构建了俘获铯原子6S_<sub>1/2基态和84P_<sub>3/2里德堡态的1879.43 nm魔术光学偶极阱,并有效抑制了1879.43 nm激光的偏振起伏和强度噪声。本文的创新之处:（1）通过全光学探测的方法在铯热原子和冷原子系综中均实现了单光子跃迁里德堡态激发信号的无损探测。与传统的场电离探测方法相比,原子在探测后仍可反复使用,在量子信息领域具有重要的应用前景。（2）采用单光子里德堡激发的方式研究了铯P态里德堡原子的相关物理特性,避免了多光子激发过程中原子中间态的布居导致的退相干等问题。与传统的低功率脉冲光进行单光子里德堡激发相比,我们自主研发的高功率窄线宽连续紫外激光可以实现里德堡原子量子态的相干操控。（3）理论计算并在实验中构建了铯原子里德堡态的魔术光阱,该光学偶极阱不仅可以同时俘获基态和里德堡态铯原子,而且对这两个态阱深相等。因此,该魔术光阱可以提高实验的重复率,保持基态和里德堡态的量子相干性,这对高保真度纠缠和量子逻辑门操作具有重要的意义。