相互作用可调控的超冷费米气体为研究强相互作用的物理提供了很好的实验平台。特别地,当表征碰撞相互作用大小的低温散射长度可利用所谓的Feshbach共振调控为无穷大时,实现量子力学所容许的最强相互作用的量子气体,这确保了气体的行为与粒子间相互作用的微观细节无关,表现出与各种强相互作用系统相同的普适热力学性质。强相互作用的双组分费米气体是自然界其他奇特系统的原型,包括高温超导体、夸克胶子等离子体和中子星。调制不稳定性（MI）是物理学中一个重要的研究课题,这种非线性作用导致了各种系统中随机波动的模式形成,由调制不稳定性引起的“糖葫芦式”模式是普遍存在的,并在光学和玻色-爱因斯坦凝聚体中得到了广泛的研究,比如孤子、法拉第波、时空晶体等。然而,尽管在这一领域有很多理论上的探索,在超冷费米气体中实验上还没有实现这一物理。本论文采用与以往不同的非线性操控手段,在空间调制的红失谐激光激励下,观测到了超流费米气体中的时空分布。纵向空间起伏的激光束引起了两种不同的模式的自发产生,相互作用在模式的形成和传播中起着重要的作用。对于强相互作用的费米气体,由于非线性耦合,伴随声子激发的诱导模式在频率和波矢之间表现出明显的X型色散关系。并研究了这种模式在BEC和BCS渡越中的传播,其传播速度与声速有关,与平均场以及Monte Carlo理论计算相一致。在无相互作用的费米气体中观察到的模式来自基态密度调制,没有声子激发。本论文以超冷费米原子气体的强相互作用为主线,聚焦于光场空间波动导致的非线性时空分布物理,在第一章简介了领域的发展;第二章和第三章详细介绍了不同相互作用的6Li超冷原子的制备和性质;第四章、第五章和第六章详细介绍了激光空间波动引起的时空分布以及其隐含的物理,包括实验方案,温度、能量等基本热力学量以及其他参数的校准过程及结果,数据获取和分析等;最后是总结和展望。