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Ba原子的激光冷却及囚禁于2008年被荷兰格罗宁根大学的Willmann小组用传统的冷却方法首次实现，但由于Ba原子能级的复杂性和特殊性，其方案十分的复杂。如果能在长寿命6s5d3D亚稳态上实现其冷却和囚禁不仅可以大大降低实验的复杂性和困难程度，而且有望利用3D2与基态之间17mHz的窄线宽跃迁实现一种主动型的稳定度极高的原子光钟。以此为目的，本人在博士期间进行了一系列关于Ba原子低态能级结构及其之间相互跃迁的研究工作，主要包括以下几个方面：
1．建立了一套包括真空系统、澈光及光路系统、数据采集与自动控制系统在内的实验装置。研制了一系列波长的半导体激光器、激光功率计等仪器与电路。
2．设计并实现了选择性光抽运的实验方法，分别将不同的同位素制备到不同的超精细能级上，再用探测光激发测得谱线，从而实现了对6s5d3D2→6p5d3F2跃迁的全部22条谱线的认定和归属，对135Ba、137Ba同时测定了6s5d3D2与5d6p3F2态的同位素移动及超精细分裂常数。
3．在理论上模拟并在实验上尝试了分别以6s6s1S0基态和6s5d3D亚稳态为下能级的一系列的澈光冷却方案，观察到了原子数目在各个能级间的转移及各回泵光的效果，对各个方案的可行性进行了评估与总结。
4．对5d5d3F→5d6p3F跃迁进行了理论的计算和实验的测量，得到了一组全新的数据，为研究以6s5d3D亚稳态为下能级的冷却方案提供了宝贵的参考资料。在理论上使用Scaled Thomas-Fermi-Dirac方法求得波函数，进而计算了6s5d3D→5d6p3F、5d5d3F→5d6p3F两组超精细跃迁的跃迁几率。设计并实现了脉冲激发实验，测定了5d6p3F4→5d5d3F3.4跃迁的分支比，验证了理论计算的结果。