光晶格中的超冷原子具有良好的相干性,在冷原子物理领域的研究中具有非常重要的作用。将超冷原子装载入光晶格中可以模拟固体物理中的各种量子相变。近年来,超冷原子在光晶格高激发能带中的研究引起了人们广泛的关注,并发现了许多有趣的多体物理现象。比如处于高激发能带的超冷原子在立方晶格中的超固态量子相、三角晶格中的量子条带轨道等。多组分超冷原子可以实现多自旋系统,被广泛应用于自旋独立光晶格和非自旋独立光晶格中,可以用来模拟固体材料中的铁磁态和反铁磁态,研究自旋混合物的量子相及其动力学。多组分超冷原子还可以实现自旋纠缠的干涉仪,对重力的量子效应进行研究。本文的主要工作如下:1.实现了多组分自旋超冷原子。实验中,我们使用非绝热Majorana跃迁的方法将BEC制备到不同的磁子能级上,并可以精确控制不同组分的比例,实现了多自旋凝聚体,为进一步在光晶格中实现多自旋凝聚体模拟量子比特提供了技术基础。2.实现了超冷原子在三角形光晶格中D能带上的快速装载。我们使用了全新的快速装载的方法,在保持极高装载效率的情况下,将超冷原子的装载时间由绝热装载的几十毫秒缩短到了100微秒以内,缩短了至少两个数量级。这种快速、有效地将原子装载到高激发能带上的方法为研究超固态等新奇量子态铺平了道路。3.探究了不同阱深下超冷原子在三角形光晶格D能带中的寿命。原子在三角形光晶格D能带的寿命可达到十几毫秒,比在一维光晶格D能带一毫秒的寿命提高了一个数量级,可以在更长的时间尺度内研究原子在光晶格中的动力学演化,实现更为复杂的量子操控模拟高激发能带中的奇异量子相。还探究了光晶格阱深与原子寿命的关系,发现超冷原子在D能带的寿命与光晶格的阱深具有反比例关系。本文提供了一种可以快速实现二维光晶格高激发能带装载的方法,并对超冷原子在三角形光晶格D能带的散射特性进行了研究。实验结果对三角形光晶格乃至其余二维光晶格的高激发能带的相关研究有重要的参考意义。