Στη παρούσα διατριβή παρουσιάζονται οι αρχές της οπτικής ψύξης και της μαγνητοοπτικής παγίδευσης, και γίνεται χαρακτηρισμός της μαγνητοοπτικής παγίδας (ΜΟΤ) για τους ρυθμούς επαύξησης και απωλιών αυτής. Με απεικόνιση φθορισμού επιτυγχάνεται ο εντοπισμός ενός ατόμου στην ΜΟΤ. Παρουσιάζεται η θεωρία για την περιθλαστική απεικόνιση σκοτεινού πεδίου μαζί με τεχνικούς προβληματισμούς για την υλοποίηση αυτής. Τεχνικές απεικόνισης υψηλής ευαισθησίας και ανάλυσης παρουσιάζουν μεγάλη χρησιμότητα στην μελέτη των κβαντικών φαινομένουν που εμφανίζονται στα σύνολα ατόμων χαμηλών θερμοκρασιών και στις αλληλεπιδράσεις μεμονομένων ατόμων. Υλοποιήσαμε την περιθλαστική απεικόνιση σκοτεινού πεδίου ως μία τεχνική υψηλής ευαισθησίας για τον εντοπισμό μικρού μεγέθους ατομικών συνόλων χαμηλών θερμοκρασιών σε πολύ χαμηλά οπτικά βάθη. Ο εντοπισμός ενός ατόμου, που έχει επιτευχθεί αρχικά στην ΜΟΤ με απεικόνιση φθορισμού, επιτρέπει την βαθμολόγηση της καταμέτρησης ατόμων με φθορισμό. Η απεικόνιση φθορισμού στη συνέχεια χρησιμοποιείται ως μέθοδος αναφοράς για την καταμέτρηση ατόμων με την περιθλαστική απεικόνιση σκοτεινού πεδίου. Χρησιμοποιούμε την περιθλαστική απεικόνιση σκοτεινού πεδίου για την απεικόνιση ελεύθερα διογκόμενων ατομικών νεφών που έχουν αποδεσμευτεί απο την ΜΟΤ με αριθμούς ατόμων έως 100 το ελάχιστο και οπτικά βάθη έως 0.01 το ελάχιστο σε χρόνους έκθεσης 100 μs. Εφαρμόζουμε την αυτή τεχνική σε διάταξη συμπύκνωσης Bose-Einstein (BEC), όπου και επιτυγχάνεται ο εντοπισμούς αριθμού ατόμων έως 7 το ελάχιστο με το ίδιο οπτικό βάθος, και παρατηρείται βελτίωση του σηματοθορυ