利用硅基芯片上集成微电光学元件可以在微尺度下精确控制电磁场、光场，从而在原子光学、量子物理和精密测量等领域有广泛的应用前景。本文主要围绕原子芯片上囚禁单原子的理论实现、设计和实验探索展开研究，同时开展芯片上集成光学微腔测量加速度的实验研究，并开展了一种波混频增益型原子磁力计的理论和实验研究，取得以下创新型研究成果：　　1.设计完成了载流芯片、光波导以及集成微透镜的原子芯片实验系统，完成了芯片和波导的理论模拟、方案论证以及设计加工，并完成相关器件的测试，完成了原子芯片实验系统的初步搭建和调试，包括真空系统、激光系统、磁场系统以及电路控制系统，在芯片上实现了冷原子团的囚禁。　　2.研究了原子芯片上单原子操控的可行性，讨论芯片单原子阵列用于量子信息处理的新方案，提出利用微波和虚拟磁场来操控单原子阵列，以实现两比特的单原子量子逻辑门，计算并模拟原子阱中实现受控碰撞的动态过程，还分析了系统误差对操作保真度的影响。　　3.开展利用芯片上集成光学微腔用于加速度测量的实验研究，通过对光学频率响应建模，分析和计算腔长、曲率半径、Gouy相移和反射相移，检测微腔中的光学模式，微腔与简谐振子结合通过光频率读取腔长变化，转换成加速度测量信息，其测量灵敏度达到10-6g/rt-Hz，响应带宽为1~8.7kHz。　　4.研究了双?能级波混频增益构型下非线性磁光偏转效应的实验现象和结果，并分析参量波混频构型中塞曼相干对称破缺造成的光偏振变化的非线性增益过程，测试了这种构型的原子磁力计用于脉冲磁场探测的信号和噪声响应。