通过冷却技术获得高品质的离子束是储存环上开展精密物理实验的基础。与电子冷却和随机冷却技术相比,激光冷却具有冷却速度快、冷却效率高、冷却作用力强的优势,是最有希望在重离子储存环中达到超高相空间密度、实现离子束相变获得有序束甚至晶化束的方法。此外,在激光冷却的过程中还可以开展精密激光谱学的实验研究。本论文基于中科院近代物理研究所重离子储存环HIRFLCSRe开展了激光冷却相对论能量重离子实验和模拟研究,主要结果包括:为了开展能量为122 Me V/u的12C3+离子束的激光冷却,在CSRe上利用一束波长为257 nm的脉冲激光结合射频聚束器RF-buncher开展了实验。通过改变加载在RF-buncher上电压信号的波形、幅度、频率系统地开展了12C3+和12C6+离子束的纵向动力学研究,并对RF-buncher在储存环中电子冷却和双电子复合实验中的应用进行了总结。测量了12C3+和16O4+离子的存储寿命和各自在混合束中所占的比例。分析了储存环中影响离子束寿命的主要因素,并对上述两种离子的存储寿命进行了理论计算,计算结果与测量结果符合的较好。证明了CSRe当前的实验条件和新安装的CPM荧光探测器满足激光冷却实验的需求。此外,参与了ESR上12C3+离子的激光冷却实验并观测到脉冲激光与离子束的相互作用现象,为成功实现脉冲激光冷却奠定了基础。通过对离子所受激光作用力以及RF-buncher射频作用力的分析,使用单粒子追踪的方法,对激光冷却过程、离子束的纵向动力学以及肖特基频谱信号进行了模拟计算,模拟结果很好地解释了实验现象。计算了连续激光与脉冲激光各自的冷却作用力以及对离子束的动量接收度,为开展连续激光结合脉冲激光的激光冷却实验提供了参考依据。为了提高离子束的等离子体参数从而实现离子束相变得到晶化束,计划于2017年底使用一束波长为220 nm的连续激光结合RF-buncher开展16O5+离子的激光冷却实验。届时16O5+将是重离子储存环上成功被激光冷却的最高电荷态离子。目前,已经完成了16O5+离子激光冷却实验的设计和初步准备。基本完成了对未来大科学装置HIAF(High Intensity Heavy-ion Accelerator Facility)上相对论能量高电荷态离子的激光冷却实验、类锂和类钠离子的精密激光谱学实验以及强场QED效应精确检测等实验的设计。