量子精密测量在基础研究和原始创新中发挥了重要作用。激光与热碱金属原子系综的相互作用是量子精密测量领域的重要研究对象，在物理学的前沿探索和技术应用层次上都具有深刻意义，是科学研究的前沿热点之一。基于激光与原子相互作用原理，相关器件的超高精度、小型化、阵列化进程从原理与技术上获得了突破性的进展，形成了以无自旋交换弛豫（SERF）原子磁强计、相干布居数囚禁（CPT）原子钟、SERF原子自旋陀螺仪为代表的精密测量传感器件。本文结合近十几年来相关领域在磁场测量、时间测量、惯性测量方面的代表性成果和进展，从原理和应用两个角度总结了目前激光与热碱金属原子系综相互作用的研究状况，展望了基于激光与热碱金属原子系综相互作用原理的器件未来的发展方向。

评述了近十几年来K原子磁力仪的研究进展,介绍了K原子磁力仪的工作原理、优缺点,以及相关的应用。提出了一种新型的脑磁图检测装置以及一种全新的基于K原子磁力仪的脑磁场检测方法。最后,在综述K原子磁力仪的基础上,对其应用前景进行了展望。

结合数值参数优化有效势模型与拟谱-分裂算符方法,研究了强激光场下碱金属原子气的 高次谐波产生过程。基于参数优化有效势特点对演化矩阵进行了处理,保证了演化过程中含时波函数 与闭壳层轨道的正交性。选取波长为3038 nm、强度约1013 W/cm2的中红外激光场作为驱动场,计算了锂、 钠、钾原子的高次谐波谱。研究了长激光脉宽下里德伯态钠原子束缚态跃迁峰对谐波产生的贡献,结果表 明里德伯态与基态的共振会使低阶谐波的强度增加一个量级,验证了该方法描述含时演化过程中电子重俘获过程的可靠性。

以玻璃材料为例对含烃和无烃类半导体抽运碱金属蒸气激光器（DPAL）窗口在高功率连续抽运条件下的损伤过程和机理进行实验研究，通过相机的观察记录铷蒸气池窗口在高功率密度抽运光入射条件下的表面形貌变化，以及对照射后铷蒸气池窗口形貌的显微观察，得到实验结果表明DPAL窗口损伤存在热致物理损伤和化学损伤两种不同的过程，并对其机理进行了分析。该研究方法可应用于其他材料（如蓝宝石）DPAL窗口性能的诊断测试。

综合考虑铷原子两种同位素频移、压力展宽和D1、D2线的超精细分裂作用，建立了一个物理模型，结合实验参量，计算分析了铷原子D1、D2线的超精细光谱结构，得到与实验基本一致的模拟结果。定量分析了铷蒸气池中所充缓冲气体压强、组分和蒸气池温度对铷原子D1、D2线的光学碰撞截面的影响，计算比较了不同气压时铷原子D1、D2线的线型与线宽信息，得到了一组优化参数组合，为深入理解碱金属原子D1、D2线的展宽机制及其与半导体激光的线型匹配提供了理论依据。