在原子光谱数据中，原子和离子的辐射跃迁参数（能级的自然辐射寿命、分支比、跃迁几率和振子强度等）对原子物理、等离子体物理和天体物理等领域的发展而言是一类极其重要的光谱学数据。由于稀土元素在许多领域有广泛而重要的应用，人们一直非常重视对稀土元素原子、离子辐射跃迁参数的研究。随着激光器的发明，激光光谱技术得到迅猛发展，这为原子离子辐射特性参数的研究提供了强有力的工具。本论文运用时间分辨激光光谱技术以及激光等离子体产生自由原子离子的方法，用可调谐紫外（UV）激光作为激发光源，对Tb I、La I、Gd I和GdII四种稀土元素原子离子的紫外波段能级的自然辐射寿命进行了实验测量研究。可调谐UV激光是通过对染料激光进行波长扩展获得的。用一台355 nmNd3+:YAG激光器（8 ns脉宽）泵浦一台染料激光器，然后用一块非线性光学晶体（BBO晶体）对染料激光进行倍频得到UV激光，有时也用氢气拉曼频移器对倍频光作进一步的波长拓展。本文工作所用染料共有三种，分别为DCM，Rhodamine 6G和Coumarin 307。原子和离子束采用激光烧蚀技术获得，将Nd3+:YAG激光器产生的532 nm纳秒脉冲激光聚焦到真空系统中的旋转金属靶上，烧蚀产生等离子体，其中便包含一定数量的中性原子和低价态离子，作为研究所需的自由原子或离子源。激发脉冲与烧蚀脉冲间的时间间隔由一台高精度数字延时脉冲发生器控制。激发光与原子离子的相互作用在真空系统中进行。真空系统由一个机械泵和一个涡轮分子泵联合抽真空，实验时真空度一般要低于3×10–3Pa。为了消除地磁场诱导的量子拍效应，同时在一定程度上抑制复合背景光对测量的影响，实验中在激发光与原子离子的作用区施加约100 G的磁场。当原子或离子被激发到目标能级后，将自发地向下能级弛豫，同时产生荧光。为了采集荧光信号，我们使用光栅单色仪选择合适的荧光观测通道，由光电倍增管和500 MHz数字存储示波器进行探测和记录。为了获得高信噪比，我们通常选择线强较强且受激发光的杂散光影响较小的荧光通道作为观测通道。对寿命大于80 ns的长寿命能级，直接采用最小二乘法e指数拟合，而对较短寿命能级，则采用解卷积拟合法确定其寿命值。对于每个测量能级，均在不同实验条件下进行多次测量，即，采集记录多个荧光衰减曲线，对所有曲线得到的寿命值取平均作为最后结果。由于稀土元素原子和离子能级比较密集，而染料激光有一定线宽(0.08cm-1)，为确保探测到的荧光信号是目标能级发出的，需谨慎选择激发波长，以避免多个能级被同时激发而导致测量错误或不准确。因此，实验前需根据可靠的能级位置数据计算出待测原子（离子）和可能构成干扰的离子（原子）所有能级的激发通道和荧光通道，以选择既可准确测出寿命又比较简单的激发方案。对于某些能级，我们分别采用两种激发波长测量其寿命。在测量过程中，需要尽力避免各种效应（如碰撞效应、飞出视场效应、辐射陷阱效应、饱和效应等）对寿命测量的影响。文中，我们对这些效应的本质进行了分析，实验中通过谨慎地改变和优化实验条件（如真空系统压强、烧蚀激光强度、单色仪狭缝宽度以及激发光强度等）来检测并消除上述可能存在的效应，从而实现寿命的较准确测量。例如，可通过提高真空系统的真空度或者降低烧蚀激光能量来消除碰撞效应；增加激发光与烧蚀光脉冲间的延迟时间可改变原子的数密度及运动速度，是排除碰撞效应和飞出视场效应的有效方法。本文的研究内容可分为三个部分。（一）测量了27条位于27220.46至33293.14 cm-1之间的Tb I奇宇称能级的自然辐射寿命，其中25个寿命值是文献中未见报道的。（二）测量了56条位于23874.95至40910.11 cm-1之间的La I奇宇称能级的自然辐射寿命，其中45个寿命结果属首次测量报道，所测大部分能级位于30000 cm-1以上，该范围的寿命测量工作的文献报道很少。（三）针对钆元素，测量了Gd I的94条位于29717.231至41692.155 cm-1之间的偶宇称能级的自然辐射寿命，其中60条能级位于37000 cm-1以上，属于首次测量。另外，还测量了Gd II的10条位于38057.954至49291.082 cm-1之间的偶宇称能级的自然辐射寿命，其中42000 cm-1以上能级的寿命测量工作也属首次。本论文寿命结果的测量误差均小于±10%，包括系统误差和散射误差。其中的系统误差是多次测量结果的系统误差的平均值，单次测量的系统误差反映了寿命拟合结果的不确定性，它主要由激发脉冲的不稳定性和光电倍增管渡越时间抖动引起；而散射误差反映了多次测量结果的统计涨落。本文的寿命研究结果，不仅为这些原子体系的结构和动力学过程的理论计算研究提供了大量重要的实验参考数据，而且对于认识这些原子体系的能级辐射特性也具有直接的参考价值。另外，如果能获得所研究能级的跃迁分支比的实验或理论数据，结合本文的寿命结果可确定相应跃迁的跃迁几率和绝对振子强度，从而为天体光谱分析、等离子体诊断、激光核聚变研究等领域提供一系列更有价值的原子数据。