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。

本文用虚时演化方法和时间劈裂傅里叶谱方法研究了幂律势阱中玻色-爱因斯坦凝聚体的基态涡旋分布特征，具体讨论了不同幂律值、旋转角频率以及粒子间相互作用强度对涡旋分布的影响。当旋转角频率和粒子间相互作用强度不变时，随着幂律值的增大，玻色-爱因斯坦凝聚体的基态涡旋分布呈现如下特征：单量子化涡旋开始以三角晶格排列出现，随后凝聚体中心区域密度逐渐减小至零，出现中心洞，继而转变为巨涡旋结构。当相互作用强度一定时，随着幂律值越来越大，凝聚体中出现涡旋与形成巨涡旋的临界旋转角频率都随之越来越小。而当幂律值和旋转角频率一定时，逐渐增强粒子间相互作用强度，凝聚体中涡旋结构由巨涡旋转变成了三角晶格结构。

研究囚禁在环形势中的Rashba自旋轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体在六极子磁场中的基态特性。在这种情况下,磁场破坏了自旋轨道耦合哈密顿量的旋转对称性,但系统仍具有2π／3的离散对称性。数值结果发现:在弱相互作用情况下,六极子磁场和Rashba自旋轨道耦合使环形囚禁的凝聚体呈类六边形的基态密度分布,当磁场强度超过某一临界值时,凝聚体将崩塌;在强相互作用情况下,半量子涡旋出现在凝聚体中,且被六极子磁场钉在方位角=nπ／3的径向位置,涡旋的旋转方向取决于径向磁场的方向。

本文用虚时演化法研究了玻色-爱因斯坦凝聚体在谐振子势与高斯势的联合势阱中的涡旋结构,给出了旋转角频率和原子间相互作用强度对涡旋分布的影响,以及对凝聚体中量子化涡旋、鬼涡旋以及隐涡旋分布的不同作用。在联合势阱中凝聚体除了量子化涡旋和鬼涡旋外,在势阱中心位置还出现了隐涡旋。当相互作用强度一定时,可见涡旋数和隐涡旋数随着旋转角频率的增大而增加。当旋转角频率一定时,随着原子间相互作用逐渐增强,可见涡旋数随之增加,而隐涡旋数并没有改变。我们分析发现,只有考虑了隐涡旋之后,才能满足费曼规则。

实验上在87Rb玻色爱因斯坦凝聚体中, 分别采用激发态52P1/2中的超精细态F′=1和F′=2与基态52S1/2的超精细能级构成的Λ型三能级结构研究了电磁诱导透明和电磁诱导吸收现象。饱和吸收稳频技术和光学相位锁定技术为实验提供了稳定的探测光场和耦合光场。通过扫描探测光的频率, 绘制了电磁诱导透明和电磁诱导吸收中原子的吸收特性谱线。基于玻色爱因凝聚体抗干扰差的特征, 实验中采用吸收成像的方法来反映原子对探测光的吸收特性。实验中发现超精细能级的Zeeman效应使探测光和耦合光存在三种不同类型的跃迁:π跃迁、σ+跃迁和σ-跃迁, 这三种不同类型的跃迁对组成电磁诱导透明Λ型三能级结构和电磁诱导吸收类M型四能级结构起到了关键的作用。Induced Absorption in 87Rb Bose-Einstein Condensate

在已有实验的基础上，从理论上研究了一维超冷玻色-爱因斯坦凝聚原子团横向穿越高斯型红(蓝)失谐光场后产生的位置超前(滞后)与聚焦(散焦)效应，重点考虑了加速度场、外加高斯光场与原子的偶极作用势和原子间s-波散射碰撞作用势，并分析比较了在这三种机制的相互竞争且共同作用下，探测原子波包的位置和高度变化。加速度场仅影响波包位置，并不引起形变，原子间的强相互吸引作用可导致波包剧烈形变，甚至崩塌，而排斥作用会加快波包扩散。数值模拟结果与文献实验结果在红失谐光场下十分吻合；通过数值模拟还得到了蓝失谐光场下的理论预测结果。研究结果为今后实验研究光与原子相干操控提供了可行性方案。