HD+作为最简单的异核分子体系,其振转光谱的精密测量结合量子电动力学（QED）理论计算,可以高精度地确定比如质子-电子质量比（mp/me）基本物理常数,检验基本物理理论,探索未知新物理。由于HD+分子体系内部能级结构较为复杂,不存在封闭循环跃迁,难以实现直接激光冷却,因此需要通过协同冷却技术实现HD+温度的降低,减小光谱测量中的多普勒展宽效应。9Be+作为质量最轻的可被直接激光冷却的原子离子,是协同冷却HD+的最佳体系。另外,9Be+自身也被广泛应用到四体QED理论检验、原子核电荷半径测量、超冷化学等研究领域。然而,9Be+库仑晶体在实验中的制备较为困难,主要由以下几个因素造成:第一,9Be熔沸点较高,中性铍原子束的产生难度较大;第二,9Be具有较高的电离能,导致产生纯净9Be+较为困难;第三,激光冷却9Be+对应的激光波长为313 nm,该波长的激光系统复杂,产生困难。在实验中,我们攻克了以上制备难点,在分段线形Paul阱中实现了 9Be+库仑晶体的制备,并利用9Be+在离子阱中的装载测量了 9Be的（2+1）多光子共振电离光谱。与此同时,实验中还通过制备9Be+-40Ca+双组份库仑晶体,对双组份库仑晶体的结构和离子之间的协同冷却作用进行了研究。本论文对以上研究工作进行了详细阐述,可概括为以下几方面:1、研制了一套用于激光冷却9Be+的整体二级制冷的626 nm外腔半导体激光器,工作温度在-13℃附近,激光最大输出功率为60mW,连续可调谐范围约为5 GHz。利用波长计稳频方案对其进行稳频,对应频率不确定度为3.12 MHz。利用蝴蝶腔对626 nm激光进行倍频,实现250 μW的313 nm激光输出。2、设计并实现了一套用于产生中性9Be原子束的高温原子炉装置,并在电流为6A,对应温度为1200K的工作点,产生了密度约为1×107/cm3的中性9Be原子束。3、利用（2+1）多光子共振电离的方法实现了 9Be+在分段线形Paul阱中的洁净、高效装载,并成功实现了 9Be+库仑晶体的制备。能量为1mJ,脉宽为10 ns,束腰直径为100 μm,对应波长为310nm和306nm的共振电离光实现的9Be+平均装载速率分别为每脉冲3.8个和1.3个离子,较双光子电离方法提高了两个数量级。4、利用9Be+在分段线形Paul阱中的装载作为9Be双光子共振激发的探测手段,测量9Be的（2+1）多光子共振电离光谱,对应的两个共振跃迁分别为:2s21S0→2sSd 1D2和2s2 1S0→2s4s 1S0。结合理论计算,发现实验测得的电离光谱展宽主要由脉冲激光的功率展宽造成。并且,实验测得的三光子电离增强因子与理论计算结果一致。5、为进一步完善利用激光冷却的9Be+对超冷HD+的制备,在分段线形Paul阱中制备了 9Be+-40Ca+库仑晶体,并对双组份库仑晶体的空间分布结构展开了研究,观测到了两种离子的径向空间分离,对应空间分离比与理论计算一致。通过对比单双组份库仑晶体中9Be+的荧光光谱和库仑晶体结构图像,发现40Ca+可以保持对9Be+的协同冷却作用,并将其稳定固定在库仑晶体中心轴附近,揭示了 9Be+和40Ca+之间的协同冷却机制。