原子干涉仪在基础物理和应用物理研究上具有重大的意义,是进行原子内部结构和外场信息测量必不可少的一项工具,在惯性测量、基本常数确定以及物理定律验证上都有着特殊的优势。一方面,基于实验室的大型原子干涉仪研究平台在测量精确度上屡创新高,给人类认知新物理和新世界带来了仰望星空的可能性。而另一方面,使得原子干涉仪小型化、可移动,也是其一大发展方向,这使得实时的重力测量、水文探测和资源勘探可以带来脚踏实地的实用性。本文就作者在联合培养期间,作为学生主要负责人参与的两个小型化原子干涉仪项目,详细介绍了两套原子干涉仪的方案设计、实验设置以及测量结果。第一章以激光冷却为引入,简要展示了重力测量的发展以及不同方法的对比,从而强调了原子干涉仪在重力测量方面的优势。紧接着漫谈了原子干涉仪的发展现状,以提供一个宏观的概念。第二章主要对原子干涉仪设计的理论进行了具体分析。首先从冷原子样本制备的角度,对光场、原子的相互作用原理做了简要介绍,并分析了不同冷却方法的冷却极限。紧接着从二能级原子在光场中的时间演化入手,完整推导了拉曼光对三能级原子系统的操纵原理,着重介绍了拉曼光偏振设置的重要性。最后,就Mach-Zehnder干涉仪具体结构,对干涉过程中的相位积累进行了理论分析。第三章和第四章则分别介绍了小型化喷泉原子干涉仪和小型化金字塔型干涉仪的实验设置和各自的特色,主要从真空系统、光学系统、频率锁定、测控系统等几方面进行了详细描述。而第五章和第六章则分别对应了两种小型化原子干涉仪的实验结果:对于小型化喷泉干涉仪来说,我们实现了冷原子捕获、可控高度原子喷泉、原子选态、多普勒不敏感及敏感配置下的干涉现象,最后得到了绝对重力测量值,且对小型化喷泉干涉仪的灵敏度进行了分析,?g/g约为4.5×10-7;对于小型化金字塔型干涉仪,我们实现了冷原子捕获、原子选态、微波操控、多普勒不敏感及敏感配置下的干涉现象,由于金字塔型干涉仪的特殊结构,最后得到了竖直方向干涉仪的绝对重力测量值及灵敏度,倾斜方向干涉仪的倾角测量灵敏度及转动测量灵敏度,三种测量的灵敏度分别为6μm/s²/Hz^1/2,4μrad/Hz^1/2和170μrad/s。最后我们对两项工作进行了总结对比,并分别给出了发展建议和思考。