掺杂有稀土离子的固体材料在制冷机温度下具有均匀线宽窄、光学相干时间长、非均匀展宽大等特点,是固态量子存储材料最具潜力的候选者。掺杂有铒离子的光纤具有与光通信波段兼容的光学吸收,是提供该波段光-原子相互作用的重要材料。此前,在光纤中铒离子相干特性的研究工作中,制冷温度最低达到150 mK。降低环境温度是改善铒离子光学相干特性的有效途径。在本论文中,我们将掺铒光纤放置在10 mK的温度下,探索其中铒离子的相干特性。主要工作包括:1.基于稀释制冷机搭建了提供温度低至7 mK和磁场高达7 T的低温量子光学实验研究平台。实现了铒离子浓度为200 ppm、长9.5 m掺铒光纤的样品绕制,以及常温到低温低损耗光纤连接,连接损耗为1.9 dB。2.在低温下,对掺铒光纤中铒离子的光学特性进行实验测试,测试参数包括非均匀展宽、跃迁偶极矩、均匀线宽（光学相干时间）以及塞曼子能级寿命。取得的主要结果为:（1）在制冷机温度下,该段掺铒光纤具有>1 THz的非均匀展宽,其最大光学厚度位于1530 nm,达到3.24。（2）通过光学章动研究了该段光纤中铒离子的⁴I_15/2-⁴I_13/2跃迁偶极矩。在激发波长为1537 nm、磁场强度1 T下,得到最大跃迁偶极矩值为（3.424±0.019）×10^-32 C·m。（3）利用双脉冲光子回波研究了该段掺铒光纤中铒离子均匀线宽随温度和磁场的变化。在温度为10 mK、磁场强度1 T处,得到最窄均匀线宽值为3 kHz,其对应的光学相干时间为106μs。（4）利用光谱烧孔研究了该段掺铒光纤中铒离子塞曼子能级寿命与磁场的依赖关系。发现该段掺铒光纤中铒离子塞曼子能级存在两个退相干过程,在温度为10mK、磁场强度为100 G处,得到两个过程对应塞曼子能级的寿命分别为0.524±0.091 s和13.569±2.760 s。