利用双光子电离探测技术系统地研究了Eu原子的奇宇称态的光谱。双光子电离探测技术利用两步激发获得Eu原子奇宇称态的光谱：首先将第一步激光的波长固定, 而最后一步激光的波长在35 500~35 650 cm-1, 36 200~36 600 cm-1和46 650~46 950 cm-1三个能域范围扫描, 对处于奇宇称激发态的Eu原子进行双光子电离, 以实现探测其光谱信息的目的。本文系统地研究了35 500~35 650 cm-1, 36 200~36 600 cm-1和46 650~46 950 cm-1能域内的光谱特征, 报道了这些能域内具有特殊寿命的高激发态。通过对采用3种不同的激发路径获得的高激发态的光谱进行拟合, 不仅获得了这些高激发态能级位置、线宽和线型的信息, 而且还观察到奇宇称态光谱中的q反转现象。 此外, 通过分析所获得的3张奇宇称态的光谱, 首次证明了4f壳层的电子被激发的可能性, 该结果为检测新量子理论提供了可靠的实验依据。

通过共振激发技术和速度影像法对铕原子4f76pns(n=7, 8)自电离态进行了系统性的研究。首先采用三步共振激发技术探测光谱, 通过前两步固定波长的激光将铕原子激发到4f76p2态上后扫描第三步激光的波长, 使得三步激光的能量总和位于铕原子4f76pns(n=7, 8)自电离态能域附近, 从而得到该自电离态的光谱; 然后采用速度影像法对其动力学过程进行探测, 经过数据分析得到铕原子4f76pns(n=7, 8)自电离态的衰变分支比和弹射电子的角分布。不仅从光谱中观察到了强烈的组态相互作用并且确定了部分能态的总角动量, 从自电离弹射电子角分布中观察到铕原子4f76pns(n=7, 8)自电离态复杂的物理机制, 还在该能域内观测到了粒子数反转。最后, 本文还对孤立实激发技术在探测低n值自电离态光谱的适用性进行了讨论。

利用三步三色孤立实激发技术(ICE), 系统地研究了铕原子4f76p3/2 nd自电离态的光谱, 同时首次研究了激光偏振对复杂原子的光谱的影响。为了研究铕原子4f76p3/2 nd自电离态的光谱, 首先设计并采用了不同的激发路径, 分别将原子布居到同一高激发能域并探测它们在该能域的自电离光谱。通过比较这些光谱的异同并结合上述激发路径所对应的跃迁选择定则, 便可唯一地确定这些高激发态的总角动量。为了研究激光偏振对铕原子的影响, 设计并使用了两种偏振组合: 三步激光都是垂直(πππ), 三步激光都是平行(σσσ)(激光偏振方向相对于探测器垂直或平行)。为了得到有偏振影响的光谱, 分别使3部激光器处于同一偏振, 依次对铕原子进行激发, 激发路径与终态同上。通过对同一路径不同偏振下的光谱的比较, 发现仅能确定极少数的高激发态的总角动量, 同时在光谱中一些峰独立于另一偏振光谱存在。

采用孤立实激发技术, 对铕原子4f76p3/2ns (n=7, 8)自电离态的光谱进行了系统的研究, 同时是首次在不同激光偏振组合下进行的研究。首先, 用前两束激光分步将铕原子从基态4f76s2 经中间4f76s6p态激发至4f76sns里德堡态, 然后再用第三束激光通过离子实4f76s+→4f76p+3/2的跃迁将其进一步激发至4f76p3/27s自电离态或4f76p3/28s自电离态。对铕原子4f76p3/2ns (n=7, 8)自电离态复杂的光谱分别给出了详细的解释, 从中我们可以获得一些重要的光谱信息, 比如自电峰的能级位置和线宽等, 同时还可以观察到收敛于不同离子限的自电离系列之间的组态相互作用。最后, 通过比较不同激光偏振组合下的自电离光谱, 确定了一些自电离态的总角动量的值。

利用三步激光共振激发结合场电离探测技术, 系统地研究了铕原子归属于第一电离限4f76s 9S4的4f76snp Rydberg态的场电离过程, 得到了铕原子 4f76snp Rydberg 态的场电离光谱图。在光激发之后施加脉宽为0.2 μs的脉冲电场, 连续扫描电压得到场电离过程图。从4f76snp Rydberg态的场电离过程图谱中, 可以精确地获得态的场电离阈, 观察电场逐步从0到3 kV变化时原子的演化过程。特别是, 受黑体辐射的影响, 一些结构出现在了场电离光谱图上。

为了系统地研究Eu原子的自电离光谱并讨论其多种不同的光谱特性，采用三步孤立实激发技术，分步将Eu原子从基态经中间态（4f76s6p6P5/2或 4f76s6p8P5/2）共振激发到4f76sns(n=7和8)或4f76s7d Rydberg态，然后将其进一步激发至4f76p1/2ns及4f76p1/27d自电离态。不仅观察到了4f76p1/2ns（n=7和8）和 4f76p1/2nd自电离Rydberg系列间的组态相互作用，而且还识别出了混合于4f76p1/2ns自电离光谱中的属于其他系列的复杂结构，并对其光谱特征进行了详细分析和讨论。另外，报道了相关自电离态的能级位置、线宽和线形等重要信息，讨论了孤立实激发技术的适用条件。

利用共振激发技术和电场电离（EFI）方法研究了铕(Eu)原子偶宇称高激发态。实验共探测到89个态，其中报道了56个态的能级位置和光谱归属等信息。经过对有效主量子数和量子亏损进行理论分析，并结合文献结果的对比，不但认定它们属于4f76s(9S) np（8PJ或10PJ）里德伯系列，还填补了该系列中n=19~39各态的文献空白。另外，建议将Eu原子第一电离限修正为45734.2 cm-1，同时解释了在其附近所观察到的宽峰的物理机制。

依据最弱受约束电子势模型理论,计算了铕原子4f7 6snd 6D9/2(n≥13)、4f7 6snd 8D9/2(n≥17)、4f7 6snd 8D5/2(n≥15)和4f7 6snd 8D3/2(n≥21)里德堡系列能级.计算结果与实验值的最大相对误差为4×10-5,最大绝对误差是1.91 cm-1,达到了较高精度,这表明文中的外推数据是可信的.