自旋-轨道耦合效应是自然界的一类普遍现象。它和研究热点——自旋霍尔效应、量子反常霍尔效应、外尔半金属态等都有着密切的联系。近年来随着光晶格中冷原子技术的发展，人们已经能够实现中性冷原子和人工规范势的耦合，从而为各种类型的自旋-轨道耦合的模拟和调控提供了可能。针对一类由人工规范势所产生的自旋-轨道耦合，本论文将研究其对几种光晶格冷原子体系所带来的影响。　　论文的第二章研究了六角光晶格中费米子体系在非阿贝尔人工规范势诱导下的拓扑量子相变。我们发展了一套费米子有效场理论来描述这个拓扑量子相变，并探讨了其各种重要的实验结果。此外，还进行了格子尺度上的数值计算并比较了两种不同方法所得到的结果。对于有限温度的情况，由于热涨落的存在，拓扑量子相变将成为一个渡越，接着分析了比热和压缩率等热力学量的标度行为。最后，提出了几种针对该拓扑量子相变的实验探测方法。　　论文的第三章研究了一个正方光晶格中的两分量玻色子体系在非阿贝尔人工规范势下的磁性特征。在强耦合极限下，这个体系可以用一个有效的自旋模型——旋转海森堡模型来描述。该模型参数空间的等价类能够通过自旋模型的Wilson圈来刻画。对于其中一组特殊的参数，求出了体系的严格基态并得到激发态能谱。随着规范势参数的不同，体系展现出两种截然不同的激发:可公度磁振子和非公度磁振子。我们还分析了这两种激发对物理量带来的影响，并且讨论了有限温度下磁性到非磁性的转变。借助于规范变换，我们给出了一个在现有实验技术条件下有可能实现的等价模型。　　论文的第四章把前一章的体系拓展到了存在外场的情形并考虑了其中的量子相变问题。我们发现了四个可公度的相。在弱场的情况下，体系处于Z-x相;在强场的情况下，体系处于Z-FM相;在规范势参数β较小或较大的时候，体系分别处于两个不同的自旋倾斜相。更重要的是，在这四个相的中间还有一个非公度Skyrmion晶格相。我们分别计算了这五个相的自旋波激发谱，并着重讨论了非公度的Skyrmion晶格相与它四个临近相之间的公度-非公度转变行为。