随着激光冷却原子技术的发展,超冷分子由于其独特的特性引起了广泛的关注。与原子相比,分子拥有更加丰富的振动和转动自由度。极性分子具有永久电偶极矩以及长程各向异性相互作用使得其可通过外场进行分子内态操控。这些特性使得超冷极性分子成为实现精密测量、量子计算以及量子模拟的良好载体。稳定分子态的制备是实现这些应用的前提。最低振动基态超冷极性分子由于其势阱深度较深,不会弛豫到更低的能态,分子性质较为稳定,且基态分子寿命较长,因此经常被作为研究对象。制备超冷基态分子的方法主要有以下几种,直接激光冷却、费氏巴赫共振结合受激拉曼绝热转移以及光缔合。直接激光冷却分子需要形成闭循环跃迁其适应的分子种类较为受限。费氏巴赫共振结合受激拉曼绝热转移的方法可实现基态分子转动能级的超精细分辨,因其直接构建了制备分子的通道,所以分子产率较高,被研究人员广泛使用。相比于费氏巴赫共振结合受激拉曼绝热转移的方法,光缔合在实验上操作较为简单,且可以实现分子的连续制备,也是一种较受欢迎的制备分子的手段。其中短程光缔合制备的激发态分子可以直接自发辐射至基态,引起了研究人员的兴趣。相较于直接构建制备分子的通道,短程光缔合通过自发辐射机制制备得到的分子产率较低。研究人员尝试研究不同光缔合中间态的光缔合谱并计算该中间态与原子态和分子态的弗兰克康登因子来探索寻找制备基态分子产率较大的中间态。如果能找到一个可构建原子-分子相干转移通道的中间态,可以极大地提高基态分子的产率。在完成超冷基态分子的制备后,由于微波满足基态转动能级的跃迁频率,故经常被用来耦合最低振动基态分子的相邻转动态。微波操控基态分子内态在很多方面都有应用价值,比如:量子磁性、拓扑相位以及合成尺寸等。量子计算对分子能级的相干性有一定要求,为此有不少研究学者展开了超冷基态分子转动量子态的相干性探索。制备得到基态分子后,在微波场的作用下,可实现转动能级拉比振荡的测量,进而求得相干时间。类似的测量仅在由费氏巴赫共振结合受激拉曼绝热转移的方法制备得到的超冷40K87Rb、23Na40K、87Rb133Cs和23Na87Rb分子以及由直接激光冷却制备得到的Ca F分子中完成。极性分子较大的电偶极矩为实现量子计算奠定了基础,电偶极矩的存在使得极性分子可以通过外电场实现偶极-偶极相互作用的调控。早在上世纪八十年代研究学者便展开了极性分子电偶极矩的理论研究和实验测量。其中通过费氏巴赫共振结合受激拉曼绝热转移制备得到的40K87Rb、87Rb133Cs、23Na87Rb分子以及通过光缔合制备得到的7Li133Cs分子的电偶极矩测量已完成。超冷85Rb133Cs基态分子的电偶极矩测量还并未实现。本文选择短程光缔合这种方法来制备超冷基态85Rb133Cs分子。基于以上研究背景展开了以下几个方面的研究。1.21Π1-23Π1-33Σ1+光谱以及33Σ1+特性研究具有单态-三态混合特性的中间态可以极大地提高分子产率。在这里,我们研究了21Π1-23Π1-33Σ1+的光缔合光谱。依照分子态标定方法,我们知道这三个态的角动量Ω均为1,其振动光谱中不应出现J=0这一组分,然而研究发现33Σ1+（v=3）存在J=0组分。基于此我们较为详尽地研究了33Σ1+（v=3）的特性,研究表明通过这一振动能级制备得到基态分子的产率较其他振动能级更高,转动常数也较邻近振动能级有突变,显示了33Σ1+（v=3）这一能级共振耦合的特性。实验中利用损耗光谱实现了基态分子转动分布的测量,并且对比分析研究了经由33Σ1+（v=3,J=1）制备得到基态分子的级联辐射机制,研究发现通过33Σ1+（v=3,J=1）制备的分子存在直接单步自发辐射至基态的通道,这有异于其他分子态的双光子级联辐射机制。这为进一步利用原子-分子相干转移技术实现超冷基态85Rb133Cs分子的大量制备奠定了基础。2.二能级微波相干谱以及相干时间的测量在实现超冷基态85Rb133Cs分子的制备后,通过微波耦合相邻转动态,我们实现了二能级X1Σ+（v=0,J=1）和X1Σ+（v=0,J=2）微波相干拉比振荡的测量。在使用考虑了纵向和横向衰减时间的密度矩阵后,分析了分子布居的演变,确定了相干时间,并且了解了平衡态的相关知识。3.三能级微波相干谱的测量以及光谱分析在二能级微波相干拉比振荡的研究基础上,构建阶梯型三能级结构,进行了三能级微波相干谱的测量。在π脉冲的作用下,我们将初始布居于X1Σ+（v=0,J=1）的分子全部转移至X1Σ+（v=0,J=2）,并测量了X1Σ+（v=0,J=2）和X1Σ+（v=0,J=3）的拉比振荡,得出了这两个能级的相干时间。同时,我们用较弱的探测微波场耦合X1Σ+（v=0,J=1）→X1Σ+（v=0,J=2）的跃迁,用较强的控制微波场耦合X1Σ+（v=0,J=2）→X1Σ+（v=0,J=3）的跃迁。固定控制微波场的频率来扫描探测微波场的频率得到了三能级微波相干谱。最后,我们用Akaike’s information criterion（AIC）的判据分析了相干谱的谱线线型,并且讨论了观察到的光谱分裂展宽以及频率中心的偏移现象。4.超冷基态85Rb133Cs分子电偶极矩的测量基于三能级微波相干谱的研究,我们测量了外电场作用下基态X1Σ+（v=0,J=1）的能级分裂,并且得到了超冷基态85Rb133Cs分子的电偶极矩。相较于同样利用光缔合制备得到的7Li133Cs分子,其采用损耗谱测量能级分裂,并且忽略了激发态的能级分裂。我们采用的微波相干谱有如下优势:在测量精度上微波相干谱要比损耗光谱高三个数量级以上;微波相干谱构建的lambda型的三能级结构可以有效地避免由于上能级的Stark分裂带来的影响。5.85Rb里德堡原子测量电场强度为得到超冷基态85Rb133Cs分子较为准确的电偶极矩,电场强度的测量和校准也非常关键。在这里,我们利用里德堡原子对外场的敏感性来校准施加在栅网电极板上的电场强度。较弱的探测光耦合5S1/2→5P3/2的跃迁,较强的耦合光耦合5P3/2→10D3/2的跃迁。固定探测光的频率,通过扫描耦合光的频率并监测探测光光强得到EIT光谱。对比分析不同电场强度下85Rb里德堡原子10D3/2态的能级分裂并计算了相应磁子能级的极化率,最终实现了电场强度的校准。