超冷原子气体具有体系纯净、相互作用可控、自由度丰富等特点,是研究物质量子特性的理想体系。在超冷原子物理领域中,对超冷费米气体的研究也随着实验技术的不断进步而得到蓬勃发展。特别是近几年里相继有一系列新奇宏观量子现象在实验中得到观测并被研究,其中包括BEC-BCS间的渡越、具有标度不变性的膨胀行为、物质波孤子的形成等等。在不同的体系中这些现象都有所存在,有一部分还探究到了凝聚态物理、粒子物理和原子分子物理交叉领域中的一些基本物理问题。实验中,采用Feshbach共振技术,人们可以任意地对超冷费米气体中原子间的相互作用大小进行调节,这为研究具有强相互作用的费米气体特别是其处于BEC-BCS渡越区间的性质提供了技术支持。6Li超冷原子气体还是研究强关联效应非常好的体系,这是因为实验中所使用的6Li原子的Feshbach共振宽度有300 Gauss,易于调节。另外6Li原子是费米原子,三体损失小,体系寿命长,在强相互作用区间体系稳定,这为在实验上研究强相互作用体系提供了有力的条件。本论文主要介绍了 6Li原子超冷简并费米气体实验平台的搭建工作,并在此基础上研究了强相互作用费米气体的各向异性膨胀、三体复合损失、超冷分子BEC的形成以及原子在BEC-BCS渡越区间的物理性质。论文的主要成果概括如下:第一,设计并搭建了一套用于研究6Li超冷简并费米气体的实验系统,包括真空系统、激光系统、磁场系统、成像系统、控制系统和数据采集及处理系统。实验腔中真空度达到3× 10-9 Pa,原子在单束光偶极阱中的寿命能够达到25 s。激光系统包括波长为671 nm的共振光部分和1064 nm的偶极光部分。磁场系统包括MOT磁场、补偿磁场、塞曼减速磁场和Feshbach磁场。竖直方向成像系统是由双透镜组成的,分辨率约为8 μm。控制系统是用NI公司的Pxie6738和Pxie7858R两种板卡通过Labview软件书写程序实现的。同时,也使用了 Labview软件编写了数据处理部分,主要是把CCD获取到的图像的ACSII码转换为通用的原子团尺寸和数目等常量。第二,实现了 6Li原子的磁光阱,装载了 1× 109个原子,经过压缩磁光阱后,原子数目为5×108个,温度为500 μK。为了提高光偶极阱装载效率,进行了 6Li原子的D1线亚多普勒冷却,使原子的温度降低为57μK,原子数目为3 × 108个,相空间密度达到了 6.2× 10-5,原子在交叉光偶极阱中的装载数提高了近4倍。第三,设计了 Feshbach磁场的控制电路,利用PID电路反馈场效应管的G、S端改变Feshbach线圈中的电流,使磁场大小能够在0 Gauss到1000 Gauss内扫描。扫描过程中,在大电流源的外部控制端口加入模拟信号控制电源电压输出,让场效应管工作在额定功率以下。同时利用拍频锁相技术,制备了高场的探测光。通过塞曼能级劈裂,标定了磁场大小与PID输入端参考电压的关系（线圈中的电流与采样电阻的乘积）。光交叉偶极中装载了 1.2×106个原子,偶极光功率降低到P=5.8 mW时,两组分原子总数目为7.1×104个,温度为T/TF=0.1。第四,通过控制磁场的大小调节散射长度,研究原子在不同散射长度下的各向异性膨胀,研究了三体复合过程和原子温度以及磁场大小的关系,通过直接蒸发冷却和扫描磁场的方法观察到了分子的玻色-爱因斯坦凝聚体,并研究了 BEC-BCS渡越过程。