随着实验技术的不断发展,近年来超冷原子已经成为研究物质宏观量子态和量子效应的重要平台。由于超冷原子具有纯度高、可控性好、相干性时间长等特点,在量子模拟、量子精密测量、量子信息科学等领域中均有重要应用,其中,量子气体中的动力学现象一直是超冷原子物理中的研究热点之一,许多新奇的动力学行为可以在玻色-爱因斯坦凝聚体中做进一步的研究,如布洛赫振荡、朗道-齐纳隧穿、约瑟夫森效应、原子压缩态、超流态到莫特绝缘态之间的转变,以及物质波孤子等。量子气体动力学的研究需要量子调控技术,两种常用的手段是光晶格和自旋-轨道耦合。一方面,原子可被有效地囚禁于周期性分布的光场中,由此可模拟固体中周期性的晶格环境。相比于固体晶格,光晶格具有周期长和参数调节范围大等特点,为固体材料的模拟和晶格输运动力学的研究提供了便利。另一方面,人造自旋-轨道耦合效应在冷原子中的实现,使得中性原子中带电粒子在电磁场中的行为模拟得以实现,继而为研究和理解固体材料中电子运动的规律和拓扑绝缘体的性质提供了新途径。这两类系统均可完成对色散关系的调控,是波包演化动力学研究的有力工具。本论文中,我们研究冷原子波包动力学中一些有趣的,甚至是违反直觉的宏观量子现象,如波包的自干涉,排斥非线性系统中的自囚禁现象,以及在自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体中的一种新的产生带隙孤子的方法。首先,从理论上分析了光晶格和自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚两类系统中波包自由演化过程中出现的自干涉现象,其中不考虑粒子之间的相互作用。这两个系统的线性色散谱均存在正和负的有效质量区域,在波包演化中起着关键作用。结果表明当初始时刻波包同时占据这两个区域时,可以观察到波包的自干涉现象,且不同的初态对波包演化动力学过程中出现的干涉结果有重要影响。其次,研究了光晶格中相互作用玻色气体的动力学。在此系统中,波包经过初始一段时间的膨胀后,停止膨胀,绝大多数粒子被束缚在波包初始位置附近,并在两侧出现了明显的边界,形成自囚禁现象。目前对此现象的研究主要是在周期性的光晶格系统中,而自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚的线性谱具有多阱结构,同样存在正负有效质量区,而且与光晶格系统不同的是,它是非周期性的。我们通过这两个系统中波包演化规律的比较,发现色散关系中的多阱结构和排斥非线性在自囚禁的形成中扮演重要角色。一方面,随着组份数目的增多,自旋-轨道耦合系统中自囚禁现象持续的时间更长。另一方面,强排斥非线性也会使更多粒子从空间自囚禁区域向外溢出,最终导致这种现象的消失,所以,通过比较分析,我们认为光晶格的周期结构不是形成自囚禁的主要因素,同时,这种现象的产生与非线性和负有效质量区域的存在密切相关。最后,在三组份自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体中发现了一种产生带隙孤子的新方法。由于自旋-轨道耦合导致系统的色散关系具有带隙结构,而在原子的自由膨胀过程中,排斥相互作用又导致部分原子进入带隙中,因此这些原子之间的排斥非线性与动能之间的平衡就会导致带隙孤子出现。通过适当调节系统的参数如非线性相互作用和拉曼光失谐等,可发现丰富的孤子动力学。