原子芯片是特殊设计的半导体芯片上的原子阱。原子阱的磁场是利用芯片上的载流导线产生的。利用原子芯片不但可以将冷原子实验系统小型化和集成化，同时也可以实现对冷原子的精确操控，在原子光学、量子物理、量子信息处理等领域有广泛的应用前景。本学位论文主要开展了原子芯片的理论与实验研究，取得了以下创新性成果：　　 1.建立了一套原子芯片实验装置。围绕原子芯片系统，开展了原子芯片的设计与加工、声光调制器驱动单元研制和光开关研制等；利用铷原子萨格奈克干涉光谱实现对半导体激光器的稳频，发展了一种无调制激光稳频技术。　　 2.在原子芯片上实现了镜面磁光阱：利用芯片上U型磁光阱直接从背景真空中囚禁和冷却了中性原子；通过对两个不同尺寸的U型磁光阱的对比研究，得到了实现芯片U型势阱的最佳导线参数。　　 3.在势阱中产生了脉冲原子束并成功地实现了原子团的导引。同时提出了在原子芯片上产生连续原子束的方案；在芯片表面上实现了可控双磁光阱。演示了双阱的分开和合并。　　 4.开展了新型原子芯片方案的理论研究，分别提出了利用渐逝波和表面等离子体势、激光诱导磁场和方波信号来实现芯片原子阱的新方案，也提出了利用原子芯片上冷原子系综来进行量子信息处理的方案。