超冷原子自旋轨道耦合的实现,使得人们可以利用中性原子来模拟带电粒子在电磁场中的运动,从而更好地研究拓扑绝缘态、分数量子霍尔效应、自旋霍尔效应等问题。2012年,我们首次在实验上实现了费米量子简并气体的自旋轨道耦合。本论文主要介绍我们在实现87Rb和40K量子简并基础上的主要工作：利用1064nm偶极力阱的激光产生玻色子的人造规范场；首次在实验上实现费米子的自旋轨道耦合；研究自旋轨道耦合下强相互作用费米气体的射频谱；利用自旋轨道耦合产生s-波Feshbach分子的研究。此外我们还发展了一些实验上对原子的操控手段：对束缚分子拉曼谱的测量和利用激光来操控Feshbach共振。人造规范场使得人们可以利用中性的冷原子来模拟带电粒子在电磁场中的运动情况。我们利用两束交叉的1064 nm的偶极力阱的激光作为拉曼光,在87RbBEC中实现了有效的人造规范场。讨论了三种不同拉曼失谐情况下缀饰态原子的变化情况,并在实验上一一验证；利用773 nm的拉曼光在40K原子中首次实现了费米子的自旋轨道耦合,并研究了拉比频率、动量分布、lifshits过渡以及动量的射频谱等问题。研究了自旋轨道耦合作用下强相互作用的费米量子简并气体。通过改进的多体T-matrix理论,得出自旋轨道耦合导致原子和分子的射频谱线产生频移的结论。在实验上,我们测量了Feshbach共振附近射频谱,发现原子峰的蓝移和分子峰的红移现象,这和我们理论的计算是一致的。介绍了一种新的获得s-波Feshbach分子的方法。利用自旋轨道耦合作用可以在Feshbach共振附近由单一自旋态的原子直接产生s-波分子,并且观察到了原子-分子的拉比振荡。这在实验上证明了自旋轨道耦合可以使得自旋单态和三重态成为相干的,表明这个系统的束缚对包含一个三重p-波成份,可以通过进一步冷却和限制在一维来实现p-波拓扑超流。先从理论上介绍了为什么可以从单一自旋态出发获得s-波分子,然后介绍实验上怎样利用自旋轨道耦合作用来制备s-波分子,研究了原子-分子的拉比振荡以及拉曼光失谐和耦合强度对实验的影响。与射频谱技术相比,动量分辨拉曼光谱技术有很多优点,可以表现出一些以前无法观察到的特征。我们用动量分辨拉曼光谱技术对无相互作用的简并费米气体进行了研究,得到了无相互作用的费米气体能量的二次分布,并和射频谱技术得到的结果做了对比；分析矩形拉曼脉冲对动量谱结果的影响,并做了优化；在强相互作用区,利用动量分辨拉曼谱技术测量了40K简并费米气体的分子束缚能,与以前的射频谱技术相比,我们使用的方法更方便快捷；同时测量了费米气体在Feshbach共振BEC一侧的能量-动量色散谱。我们对光操控Feshbach共振做了详细的研究。首先制备出Feshbach分子,然后利用耦合基态Feshbach分子和激发态分子的激光照射分子,测量了激发态的谱线,观察到九个明显的基态分子-激发态分子共振峰。利用这些共振峰,我们可以操控Feshbach共振,可以改变Feshbach分子的束缚能,且不会带来较大的原子损耗；描绘了基态分子-激发态分子共振光作用下的射频谱；测量了不同失谐情况下分子的损耗速率。