为了讨论缓冲气体对碱原子精细结构能级间的能量交换加速作用, 利用激光感应荧光光谱对Cs(Rb)-N2系统中的精细结构碰撞能量转移过程进行了实验研究, 获得了不同条件下碱原子D1线和D2线的荧光变化数据。结果表明, 在Cs-N2系统中, N2分子更多参与精细结构能量交换的加速过程;在340K时, 系统具有高的荧光转换效率;在Rb-N2系统中, N2分子主要参与猝灭过程, 对精细结构碰撞的增益作用不明显。这一结果可为半导体抽运碱金属激光器的高效运行提供参考数据。

为了研究气压及缓冲气体种类对光声信号及共振频率的影响, 采用光声光谱技术, 设计了一套基于光声光谱技术原理的痕量气体检测系统。实验中以NH3标准气作为待测气体, 采用向光声池内充入缓冲气体的方法来改变光声池内气压, 在气压作为单一变量的条件下得出0.03MPa~0.1MPa气压范围内光声信号及共振频率的变化; 采用分别向光声池内充入不同种类缓冲气体的方法, 得出不同缓冲气体条件下0.03MPa~0.1MPa气压范围内光声信号及共振频率的变化。结果表明, 随着气压的升高, 光声信号幅值增大, 并且越重的缓冲气体使光声信号增幅越大; 气压的升高使得共振频率偏移, 共振频率的偏移量与光声池内混合气体分子的摩尔质量成反比。该研究为解决在现场进行气体检测时, 气压及背景气体变化的复杂环境对检测结果的影响提供了参考。

分别研究了Ne、F2和Kr对KrF准分子激光器脉冲能量输出的影响。理论分析了Ne作为缓冲气体在激光器放电过程 中的碰撞过程，并对Ne与其他种类缓冲气体进行了对比分析。F2分压对脉冲能量输出的影响非常明显。工作气体中Kr参与 的三体碰撞过程占主导地位，激光脉冲能量输出与Kr分压呈二次函数关系。当充电电压为28.7 kV，在最优化工作气体分压 （F2:He:Kr:Ne = 0.315:5.985:19.5:305 kpa）下获得的最大单脉冲输出能量为807 mJ，全电效率为1.64%。

：基于端面泵浦碱金属蒸汽激光器的速率方程模型，研究了碱金属蒸汽激光器在不同缓冲气体环境中的工作特性。通过优化输出镜反射率、气体压强等参量，获得了激光器在不同缓冲气体中的输出功率随温度的变化曲线。结果表明：有烃DPAL中，最佳输出功率和运行温度随能级混合速率的增大而分别增大和减小，而且激光器在不同烃类气体下的最佳工作状态可用准二能级工作曲线描述；无烃DPAL中，氦气同位素3He可以大幅减小激光器的氦气压强，而且能够提高Rb-DPAL的输出功率，但是K-DPAL在3He中的输出功率略低。模拟结果与已报道的实验现象有较好的符合，可为实验研究提供理论指导。

利用SERF原子自旋效应能够实现高灵敏度的磁场测量, 碱金属原子密度与缓冲气体压强是敏感表头碱金属气室的重要参数, 需要精确地测量。提出一种应用原子吸收光谱对碱金属蒸气的原子密度与压强测量方法, 通过扫描碱金属原子的吸收光谱, 进行Lorentz线型拟合, 经解算同时得到原子密度和压强, 一次实验获得两个物理量。由于多普勒展宽和压力展宽主要受到碱金属气室温度和缓冲气体压强的影响, 从这两个方面进行了仿真分析。结果表明, 充入2 amg缓冲气体时, 313～513 K温度范围内的Lorentz线型与Voigt线型计算的光子吸收截面积峰值的理论误差始终小于0.015%;缓冲气体压强高于0.6 amg(393 K)时, 其峰值误差小于0.1%, 表明该条件下多普勒展宽对吸收光谱的影响可以忽略, 可用Lorentz线型拟合原子的吸收谱线。最后分析了该方法能够获得的理论分辨率以及激光器的功率波动、波长波动和气室温度波动对测量精度的影响, 得出同等条件下温度波动的影响比其他两个因素高1~2个数量级。

碱金属蒸气激光器具有高量子效率且易于流动散热，显示出良好的发展潜力。概述了光抽运碱金属蒸气激光器的基本原理和国内外的研究进展。对于其在发展中遇到的问题进行了简要分析，并总结了目前所采用的相应解决方案，指出了几种方案所存在的优、缺点。对碱金属蒸气激光器未来可能的研究方向进行了展望。

介绍了基于共振吸收法检测椭圆率变化的全光铯原子磁力仪的基本原理。为了降低工作介质碱金属铯原子的横向弛豫速率，延长自旋极化时间，使磁力仪达到较高的磁测灵敏度，通常将最外层电子排列稳定的惰性气体He和双原子分子N2作为缓冲气体充入铯原子气室中，这样既能有效地减少极化原子与气室壁碰撞的几率,又可以很好地避免辐射陷阱现象。分析了He和N2的压强对Cs原子极化程度及磁力仪输出信号的影响，给出了100 ℃时实现无自旋交换弛豫铯原子磁力仪的最佳压强：He约为3.9×104 Pa，N2约为3.6×103 Pa。

基于阴影法测量了脉冲CO2激光Sn等离子体羽辉在缓冲气体中的膨胀特性，得到了羽辉边界位置及其等离子体碎屑动能随延时的变化规律，并利用修正的阻力扩散模型拟合了实验数据。研究表明，在入射激光脉冲能量为400 mJ，脉冲半峰全宽为75 ns，缓冲空气气压为1000 Pa时，初期(延时小于100 ns)Sn等离子体羽辉边界的膨胀速度可以达到3 cm/μs，随着延时的增加，由于背景气体分子的热碰撞阻力作用，羽辉粒子的速度急剧下降，后期(延时大于800 ns)羽辉碎屑离子膨胀速度降到了0.3 cm/μs。修正的阻力扩散模型拟合的结果表明等离子体羽辉膨胀的极限尺寸xst=15.2 mm，实验测试结果表明，羽辉碎屑粒子运动的极限距离约为16 mm，理论模型与实验结果吻合较好。

研究了不同条件下脉冲放电CO2激光烧蚀平板锡靶产生的等离子体极紫外辐射特性, 设计并建立了一套掠入射极紫外平焦场光栅光谱仪, 结合X射线CCD探测了光源在6.5～16.8 nm波段的时间积分辐射光谱, 得到了极紫外光谱随激光脉宽, 入射脉冲能量及背景气压的变化规律。 实验结果发现: 入射激光脉冲能量在30～600 mJ变化时, 极紫外辐射光谱的强度随辐照激光脉冲能量的增加而增加, 但并不是线性关系, 具有饱和效应, 且产生极紫外辐射的脉冲能量阈值约为30 mJ, 当激光脉冲能量为425 mJ时具有最高的转换效率, 此时中心波长13.5 nm处2%带宽内的转换效率约为1.2%。 激光脉冲半高全宽在50～120 ns范围内变化时, 极紫外辐射光谱的峰值位置均位于13.5 nm, 光谱形状几乎没有什么变化, 但是脉宽从120 ns变到52 ns后, 由于激光功率密度的提高, 极紫外辐射强度也随之增强了约1.6倍。 极紫外光谱的强度随背景气压的增大而迅速下降, 当腔内空气气压为200 Pa时, 极紫外辐射光子几乎被全部吸收, 而当缓冲氦气气压为7×104 Pa时, 仍能够探测到微弱的极紫外辐射信号, 计算表明100 Pa的空气对13.5 nm极紫外光的吸收系数为3.0 m-1, 而100 Pa的He气的吸收系数为0.96 m-1。

缓冲气体冷却是将离子阱中的离子云冷却的最有效和实用的方法，缓冲气体的种类和数量是汞离子微波频标实验的关键技术。通过在马修方程中 引入阻力项的方法，研究了线型离子阱中氦气、氖气、氩气对囚禁的汞离子的冷却效果，结果表明在氩气中汞离子运动的衰减时间最短。研究了 为使钟跃迁(40.5 GHz)的频率移动最小，所需氦气的压强为10-5 Torr，氖气的压强为2.4×10－5 Torr。考虑到缓冲气体对汞离子的冷却 效率和对气体压强的敏感性，氖气要比氦气、氩气更适合作缓冲气体。