里德堡原子是主量子数(n)很大的高激发态原子, 由一个或者多个里德堡原子形成的里德堡分子具有大的尺寸, 丰富的振转能级, 永久的电偶极矩以及对外场非常敏感等特性, 不仅包含了里德堡原子的奇异特性, 而且在量子信息存储和量子模拟以及在医学中具有广泛的应用价值, 引起了国内外学者的研究兴趣。根据束缚机制的不同, 里德堡原子形成不同种类的里德堡分子, 目前包括里德堡电子与基态原子低能电子散射形成的基态-里德堡分子、里德堡原子间电多极相互作用形成的里德堡-里德堡分子和离子与里德堡原子间电多极相互作用形成的离子-里德堡分子。本文综述了近年来双原子里德堡分子的研究进展, 包含三类里德堡分子的形成机制、实验观测及其光谱特性等。

本文33Σ+1以为中间激发态, 通过扫描光缔合光的频率得到了33Σ+1的不同振动态光谱。研究发现利用短程光缔合制备的超冷基态85Rb133mCs分子产率在33Σ+1(v=3)处较其他振动态更大, 33Σ+1(v=3)转动常数较邻近的振动态有明显变化且与23Π0－(v=14)的能量接近, 这些特征显示了这两个振动态的共振耦合特性。优化光缔合光的功率和光电离光的能量后, 我们得到X1Σ+(v=0)最低振动态超冷85Rb133Cs分子的产率为1.5×104/s。在考虑了分子波函数的宇称和跃迁选择定则后, 我们发现33Σ+1(v=3,J=1)存在单步自发辐射制备超冷基态85Rb133Cs分子的通道, 采用该通道可实现原子-分子相干转移直接制备超冷基态分子。

通过激光冷却技术在磁光阱中俘获原子数约107, 温度约200 μK, 直径约400 μm的超冷铯原子, 利用超冷铯原子光缔合方法制备了激发态的超冷铯分子。 实验研究了光缔合光不同扫描速率对铯分子振转光谱分辨率的影响, 发现光缔合光扫描速率较慢时, 铯分子振转光谱分辨率较高。 通过高灵敏的雪崩光电探测器探测冷原子荧光, 获得了超冷铯分子第一激发态6S1/2+6P3/2离解限0－g长程态高分辨振转光谱。 为了实现受控拉曼光缔合制备超冷基态分子, 光缔合激光频率需要锁定在原子-分子共振跃迁线, 对超冷原子光缔合光谱进行了超低频波长调制, 通过改变调制幅度和调制频率获得最优化的一阶微分信号, 将该信号反馈回激光器, 实现闭合环路稳频, 满足了受控拉曼光缔合制备振转能级可控的基态分子的实验要求, 该工作对研究受限空间中的超冷原子分子具有很重要的意义。

用量子统计方法，讨论了原子相干对超冷两态原子经光缔合形成超冷分子的影响.结果表明，在原子相干的作用下，光缔合形成的分子数随时间做近周期减幅振荡.原子相干对光缔合过程的暂态阶段影响强烈，而分子始终保持sub-Poisson统计分布.

超冷分子的产生对于量子信息、分子物理和分子化学具有重要的意义。本文通过介绍超冷分子的研究进展，主要分析了光缔合产生超冷分子的特点与物理机制，详细介绍了光缔合产生冷分子过程中的光谱测量方法。