精细结构常数——这个被称之为魔数的物理量,一直是科学家们关注的对象。由于Li+离子自身结构简单,在理论上可以精确计算,所以以它的精密光谱作为实验对象来确定精细结构常数并验证量子电动力学(QED)理论是非常合适的选择。但是直接冷却Li+离子是存在困难的,所以在实验中我们采取协同冷却的方式对Li+离子进行冷却,这将有效降低Li+离子的温度,得到精度足够高的光谱数据以期精确确定精细结构常数。本文就Li+离子的协同冷却开展了实验研究,主要内容分为以下几个方面：1.搭建了一套同时囚禁40Ca+和7Li+的离子阱系统,真空度为5×10-8 Pa,射频囚禁场频率为2π×7.20MHz,电压可达600V。2.利用有限元分析方法模拟得到了实验所用线形离子阱的几何结构因子,确定了同时囚禁Ca+离子和Li+离子的最佳囚禁点,并得到不同囚禁场中势阱深度。3.搭建了产生和冷却Ca+离子以及产生Li+离子的激光系统。对用于冷却Ca+离子的397nm与866nm激光进行了传输腔稳频,长期稳定度达到了2 MHz/hour。4.在线形离子阱中实现了Ca+离子的囚禁和冷却,分别用PMT和EMCCD观测到了Ca+离子荧光信号。并通过位置补偿法减小了离子微运动,最终得到了温度为mK量级的Ca+离子晶体。同时对Ca+离子的二阶结构相变进行了研究。并利用分子动力学模拟方法获得了离子温度,通过分析不同结构分布的离子晶体的温度变化规律,得到了二阶结构相变的转变点。5.从理论上分析了单个Ca+离子与单个Li+离子在平衡状态下协同冷却的极限温度。在实验上实现了Ca+离子协同冷却Li+离子,得到了混合离子晶体,并对离子的运动频谱进行了测量。最终利用分子动力学模拟得到了Li+离子晶体的温度,表明温度为mK量级的Li+离子晶体已成功制备。