将玻色爱因斯坦凝聚制备在随时间简谐振荡的势场中，并与光学微腔系统相耦合，建立新的模型。分析了该模型中原子受到的有效磁场和简谐势阱的振动强度等因素对超辐射量子相变的影响，并探究了其随时间振荡的自旋动力学特性。提出的新模型具有重要的研究意义，且为深入研究腔量子调控提供了可行方案。

原子玻色-爱因斯坦凝聚体的调制稳定性决定了凝聚体的超流属性，是超冷原子物理研究的重要内容。在由拉曼光形成的自旋轨道耦合的玻色-爱因斯坦凝聚体中，存在4种不同的零动量本征态，由于自旋轨道耦合的存在，其中两种态载有流，另两种态不载流。通过对它们进行调制稳定性分析，发现无论在什么参数空间，这4种态都是调制不稳定的，即自旋轨道耦合总是能够诱导出调制不稳定性。这些态的动力学演化揭示调制不稳定性能够产生复杂的图案。

深度冷却是超冷原子制备过程的关键步骤，是探寻极低温度的关键技术。详细阐述了一种用于⁸⁷Rb原子深度冷却的集成化全光纤1064 nm激光系统的研制方案。激光器采用两级主振荡功率放大的方案，将单一种子源信号进行放大、分束和调控，输出4路具备独立控制的激光，作为制备超冷量子气体的交叉光阱的光源。经测试，激光器在功率、稳定性、噪声等各方面满足原子深度冷却的实验需求。在地面条件下进行的两级深度冷却预实验中，获得了10 nK以下的初步实验结果，这验证了激光器具备实现超冷原子深度冷却所需的全部功能。激光器集成了种子源、放大器和全功能光学平台的功能，其内部模块采用全光纤器件研制，具有集成化、数字化、高稳定、免调试、易维护等优点，经过简易改造能够应用于远程遥控和遥测的超冷原子项目中。

射频蒸发冷却作为获取超冷原子简并量子气体的手段之一，对玻色-费米协同冷却的实现至关重要。为了在空间站上实现超冷量子简并气体，设计了一种特殊的射频天线。该天线被置于一个冷原子实验用真空腔内，与腔上集成的冷却、探测、光阱、磁阱、光晶格、Feshbach磁场等装置一同组成了通用型超冷原子物理实验系统，该实验系统满足载人航天工程在尺寸、重量、功耗、可靠性和电磁兼容性等方面的严格要求。利用有限元仿真方法对天线进行设计和评估，并在地面实验平台上对其各项性能指标进行测试和实验验证。结果表明，本设计除了能够降低90%的射频功率需求外，还能维持科学腔的超高真空水平，并具备良好的电磁兼容性，符合载人航天工程的要求。

偶极原子间的相互作用具有长程各向异性且具有同时吸引和排斥的特点, 因此偶极相互作用对偶极玻色-爱因斯坦凝聚体之间的干涉现象影响明显。本文用虚时演化方法和时间劈裂傅里叶谱方法具体研究了偶极原子极化方向对偶极凝聚体之间干涉现象的影响, 当偶极原子极化矢量在凝聚体所处平面的投影方向关于两偶极凝聚体初始分割线对称时, 凝聚体干涉图样也关于分割线对称, 而干涉产生的涡旋手性刚好相反。当偶极原子间的相互作用各向异性时, 偶极凝聚体干涉产生的涡旋分布呈现如下特征: 当投影方向与初始分割线平行时, 干涉不会产生涡旋, 形成的干涉条纹为直线形且条纹宽度相同; 当投影方向与初始分割线夹角接近/4(或3/4)时, 在干涉图样的中心区域形成可见的沿直线分布的正(或反)涡旋结构; 当投影方向与初始分割线夹角接近/2时, 中心区域会形成涡旋-反涡旋对。

本文在39K-87Rb混合气体的|F=1,mF=-1>态上获得了双组分玻色-爱因斯坦凝聚体(Bose-Einstein condensates, BECs)。由于39K原子气体的背景散射长度是负值, 必须利用磁场调节Feshbach共振技术来操控其散射长度, 从而实现39K原子气体的有效蒸发冷却。在0～200G磁场强度范围内, 我们分别测量了39K?-87Rb混合气体的同核和异核Feshbach共振, 并确定了它们在|1,-1?态中的散射长度与磁场的对应关系。通过优化39K?-87Rb混合气体中原子种内和种间的相互作用, 进一步比较了在不同磁场区域39K?-87Rb混合气体的协同蒸发冷却效率。最后, 实验上制备出39K?-87Rb混合气体|1,-1?态的双组分BECs, 同时为接下来进一步研究量子液滴等相互作用体系提供了理想的平台。

应用哈特里-福克-博戈留波夫（HFB）平均场理论研究玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）均匀系统中集体激发的朗道阻尼。首先，不采用准粒子共振跃迁和集体激发能量两个条件近似进行严格推导，在参量变化较大的范围内给出朗道阻尼与温度的函数关系，重点讨论趋近绝对零度和相变临界温度两种极限情况，并引入误差函数分析不同能量的准粒子跃迁对阻尼的贡献。然后，采用上述两个近似进行推导，并利用误差函数计算结果分析两种近似的适用范围。