原子频率标准在导航、精密测量、基础物理研究等方面起到了非常重要的作用。将激光的频率稳定在相应的原子跃迁上的原子光钟,是原子频率标准发展过程中革命性的进步。近十年,冷原子光钟性能得到了大幅的提高,世界上很多研究小组研制的冷原子光钟均获得到了高于铯原子频标的性能,因此冷原子光钟有望成为下一代时间频率标准。冷原子光钟主要分为中性原子光钟和单离子光钟两大类。两类光钟的频率不确定度和稳定度都已经达到10-18量级,两类光钟主要的区别在于用于钟探询的原子数目,对于离子光钟为单离子光钟,而中性原子光钟则同时探询约10~4个原子。因此中性原子光钟钟跃迁频率测量过程中量子投影噪声引起的频率起伏被有效抑制。研制更高精度的原子光钟对其他研究领域具有推动作用,例如提供更好的量子态控制、量子科学的新方法,以及突破对基本常数变化测量的局限性和为相对论测量提供新的测量方式。原子光钟的性能主要通过两个指标体现,分别是光钟的频率不稳定度和系统不确定度。不稳定度是重复测量值间偏差的分布,一般使用阿伦偏差表征。系统不确定度主要指一些物理效应对原子固有频率的影响所引起的测量值和真实值的偏离情况。近十年华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室一直致力于两套镱原子光钟Yb-1和Yb-2的研究。本文主要是对两套冷镱原子光钟进行实验评估和分析。本文首先对塞曼减速和二级冷却实验进行参数优化。实验测量塞曼减速激光失谐量、光强和磁场电流与原子荧光信号之间关系;并且对二级冷却进行细致优化,测量原子温度、原子数和原子密度与556 nm激光失谐量、光强和磁光阱磁场梯度之间的关系。根据实验测量结果,选择适用于我们实验的激光和磁场参数,最终我们获得了接近多普勒极限的冷原子温度。然后将冷原子装载至光晶格中,进行钟跃迁谱线探测。其次测量了镱原子光钟对应的“魔术波长”,并分析了镱原子光钟中的光频移并通过实验对光频移修正值和频率不确定值进行测量。晶格光频率和功率起伏都会引起钟跃迁频率值变化,因此实验中对光晶格光进行频率稳定,且对光晶格光和钟探询激光进行光功率的稳定。测量由晶格光引起的频率不确定度在10-16量级,钟探询激光引起的光频移不确定度在10-18量级。晶格光频移产生的主要因素是由于波长计对激光频率测量不准确造成的,因此提高激光频率测量精度,晶格光引起的频率不确定度可降至10-17量级。随后通过实验对镱原子光钟的一阶塞曼频移、二阶塞曼频移、碰撞频移进行测量和分析。为了消除一阶塞曼频移,实验中加入偏置磁场使得钟跃迁能级发生塞曼分裂,并采用双峰探测,但由于外界杂散磁场,仍然有剩余的一阶塞曼频移和由磁场引起的二阶塞曼频移。碰撞频移是由原子碰撞引起的,因此碰撞频移与囚禁原子数相关,实验中改变塞曼减速光功率实现囚禁原子数的相应变化,并且认为改变塞曼减速激光功率不会改变之后实验过程。测量得到镱原子光钟系统总不确定度为1.88×10-16,通过对实验结果分析为之后光钟系统优化提供参考。最后本文对移动光晶格进行了理论分析计算并实现了光晶格的移动,该实验主要目的是为了抑制黑体辐射频移。根据对光钟性能的评估,黑体辐射频移成为光钟不确定度进一步降低的主要因素之一。目前移动光晶格实验方案有两种,导轨法和激光频率调制法。本文实验采用激光频率调制法实现光晶格的移动,实验中光晶格移动距离约为8.7 mm,实验测量得到的光晶格移动距离和理论计算结果吻合。