在多体物理和许多量子材料的研究领域里,超冷气体已经成为有效便捷的工具。超冷气体具有大尺度、可控制、可观测的物理性质,因此被用来研究许多无法直接被观测的微观世界。目前火热的量子模拟主要有以下几个方面:自旋轨道耦合、量子相变、光镊与原子阵列、非平衡态物理、低维量子气体等。本文首先介绍制备87Rb BEC的实验装置和相关技术。实验上通过暗磁光阱提升一级磁光阱的相空间密度和原子数,接着运用13对相互交叠的线圈磁运输预冷的原子到二级超高真空科学腔,然后经过光塞磁阱蒸发和偶极光阱蒸发,最终得到7 10个原子数的87Rb BEC。实验中,稳定的同向磁场可以为原子能级间的Landau-Zener隧穿提供稳定的保障。我们通过消除电流源和控制端的噪声,已经将磁场的精度控制到4 m G范围内,满足日常的实验要求,但是对于Feshbach共振和自旋轨道耦合等需要高精度磁场的实验,还需要进一步提高。高分辨率成像早已应用于量子相变,近年来,更是在其他研究方向发挥重要的作用。在实验技术方面,我们详细地介绍了物镜的相关参数及其实验装置的设计,我们通过利用可翻转的反射镜满足低分辨率和高分辨率成像的切换,下一步通过配合数字微镜器件（DMD）实现对原子光学势阱的调制,为实空间观察和模拟量子多体物理提供有利的工具。拉曼跃迁是实验中常用到的技术手段,本文详细介绍了拉曼跃迁的理论知识,在此基础上通过叠加两对拉曼光,研究了相位对拉曼耦合强度的影响。在实验中,通过巧妙的光路设计,消除了相位抖动,通过控制其中一路激光的声光调制器的驱动信号,改变系统的相位,达到了调制拉曼耦合强度的目的,直接验证了理论方案。涡旋被认为是许多拓扑量子材料的特征之一,斯格明子的提出预示着未来的存储器件可以有极低的功耗和极小的体积,近年来斯格明子已经在超冷原子中实现。本文详细介绍了自旋轨道角动量耦合的实验方案,为下一步研究斯格明子提供宝贵的实验基础。因为利用磁运输技术,在二级科学腔室附近没有六束MOT光,因此有足够的空间搭建复杂的光晶格光路。通过构建不同偏振的一维光晶格,我们详细地研究了与自旋依赖光晶格相关的ac Stark shift、极化率等实验参数,分别利用线偏振和圆偏振研究了标量极化率、矢量极化率。进一步通过调节激光波长,研究了极化率为零的时候对应的波长（tune-out波长）,该波长在物质筛选方面应用广泛。通过构建两种不同结构的二维光晶格,首先研究了BEC从超流态到莫特绝缘态的量子相变,并且分析了两种光晶格的不同。进一步,在上述结构上,利用Kapitza-Dirac散射调制BEC,可以产生亚波长相结构,并在动量空间中观测到亚波长相结构,与理论相一致,该技术为探索晶格细胞的精细结构和物质波中的拓扑缺陷提供了有力的工具。在二维物质里,有限温度内热平衡和量子涨落占主导作用,此时系统的长程有序消失,此时会出现许多有趣的物理现象。其中利用二维超冷气体可以研究非平衡态物理、二维系统的强相互作用、Berezinskii-Kosterlitz-Thouless（BKT）和多体局域化（MBL）等物理现象。本文详细地描述了如何使用一维光晶格,动态调制光晶格周期,将原子束缚在二维空间中,最终获得准二维气体,这项工作为以后研究低维气体提供良好的实验平台。