碱金属原子在精密光谱学、快光和慢光,以及狭义量子信息技术等方面具有重要的基础研究价值;在以原子自旋陀螺、钠激光导星为代表的广义量子信息层面,作为原子集群宏观角动量量子操控的重要载体具有重要的应用价值;在目前最具前途的下一代高能激光光源—碱金属蒸气激光器中作为增益介质,也日显其重要性。吸收和色散是光与物质相互作用的两个重要方面,碱金属原子特有的强吸收对应的强色散特性是诸多应用的基础,对其吸收、色散以及两者之间关系进行深入研究,有助于加深光场与碱金属原子集群相互作用的认识,并以更高的理论水平指导相关技术研究。基于此目的,本文结合钠激光导星和碱金属蒸气激光器的实际需求,开展了如下理论和实验研究:1、基于密度矩阵方法和光学布洛赫方程,给出了光场与原子集群相互作用的理论模型,比较了原子集群在吸收和增益条件下对应的不同色散特性。推导了均匀加宽和非均匀加宽条件下吸收和色散的理论表达式,在此基础上,结合普适的Kramers-Kronig关系,讨论了吸收和色散之间的等价关系。2、数值仿真了铷原子D1线的吸收和色散特性,首先讨论了不同饱和蒸气压公式的选用条件;然后利用Clebsch-Gordan系数和Wigner-Eckart理论计算了超精细结构对应的电偶极矩;最后讨论了不同温度条件下同位素Rb原子和自然丰度条件下Rb85+Rb⁸⁷原子超精细谱线对应的吸收和色散特性,以及在数值上验证了Kramers-Kronig关系的实用性。3、基于Beer-Lamber定律,利用差分光谱法对真空Rb⁸⁷蒸气池的吸收特性进行了定量实验测量,考虑不同超精细结构谱线的饱和光强效应和探测器的信噪比,得到最佳入射光强条件I/Isat=0.1;不同超精细谱线饱和光强的影响程度由归一化相对跃迁强度决定;对比加热条件下真空Rb⁸⁷蒸气池的透过率曲线,通过理论估算确定其中含有2%丰度的Rb85原子,为后续研究奠定了基础。4、利用马曾干涉法对真空Rb⁸⁷蒸气池的色散特性进行了定量实验测量,现有实验条件下,色散曲线测量精度可以达到10-5,与理论计算相比,测量偏差小于一个量级。论文最后提出基于Kramers-Kronig关系,将二维色散系数分布反演至二维增益系数分布,可用于诊断大功率碱金属蒸气激光器增益的二维分布。