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本论文理论研究了超冷原子光晶格系统中轨道间自旋交换对基于超交换的自旋动力学的调制效应以及高自旋费米原子光学超晶格系统中的自旋转变动力学，并实验研究了空心阴极灯中镱原子气体各同位素的偏振光谱。主要研究结果简述如下: (1)理论上研究了光晶格中超冷原子气体钟态轨道间自旋交换对超交换动力学的相干调控效应。光晶格中原子体系的量子磁性是由Néel序参量来表征的。通过分析局域与非局域的量子力学交换机制之间的相互影响，发现Néel序参量随时间的演化受到轨道间自旋交换碰撞的调制，原子的自旋动力学振荡幅度会出现周期性的塌缩与复现，其周期与亚稳态原子的填充数相关。相比半填充的情况，亚稳态原子单位填充时振幅调制周期较小。 (2)理论上研究了高自旋费米原子光学超晶格系统中的自旋转变动力学。自旋转变碰撞与隧穿之间的相互影响使得光学超晶格系统中原子的自旋动力学在不同阱深下表现为多种多样的形式。在自旋转变强度和隧穿强度数值上相当时，动力学表现为振幅受到超交换调制的自旋转变振荡。在极深和极浅的超晶格势中，动力学都表现为振荡频率只与自旋转变强度相关的简谐振荡。 (3)实验上系统研究了空心阴极灯中中性镱原子各同位素1S0-1P1跃迁的偏振光谱。通过优化圆偏振泵浦光和线偏振探测光的重叠，获得了包含若干个色散线型和一个背景包络的偏振光谱信号。通过研究偏振光谱信号对空心阴极灯放电电流、泵浦光功率、探测光功率等参量的依赖关系，获得了偏振光谱信号用于锁频的最优化参数范围。