目前光频标已经成为冷原子物理领域的一个重要分支，它与科学研究以及日常生活联系非常紧密。随着第一台光晶格原子钟的问世，光频原子钟的前景将会远远超过目前已经得到广泛应用的微波频标。针对于目前光频标发展过程中所遇到的主要问题，本篇论文主要在原理上研究了两种新型光频原子钟的实现方案以及一种解决方案：　　 (I)基于相位匹配效应的88Sr原子光频标。目前光频标的发展主要受到激光器线宽的限制，由于在实验上无法更进一步地压窄激光线宽，冷原子光频标的线宽只能处在赫兹量级。针对于此问题，我提出了一种新的方案用于实现毫赫兹光频标。在非绝热极限下，两束起初不相干的准单色平面波能够通过与A—型能级结构原子相互作用使得它们之间建立起相干性，此种现象称为相位匹配效应。以锶原子为例，我们在理论上论证了将此相位匹配效应应用于光频原子钟的可能。初始线宽均为1Hz的两台激光器，461nm与1354nm，它们之间的相干性约为1.414Hz。首先将两台激光器同时锁定在一台线宽为1Hz的光晶格锶原子钟上，然后让它们同时通过被囚禁在光晶格中的锶原子团，利用相位匹配效应可以使得它们之间的相干性进一步达到2mHz，最后再通过差频晶体后，我们能够得到线宽约为毫赫兹量级的激光输出，且其中心频率不随时间移动。此种光频标在性能上将会超过目前的光晶格锶原子频标。　　 (II)超冷40Ca原子光频标的第二级冷却理论。目前国际上已经实现了锶原子与铱原子的光晶格钟，而针对于钙原子的光晶格钟的研究却止步不前，其主要受到钙原子的第二阶段磁光阱所限制。由于钙原子的窄跃迁线线宽约为400Hz，其所对应的光辐射压力比较小，约为钙原子重力的3倍，因此钙原子无法被稳定地囚禁在磁光阱中，而且冷却所需时问也比较长。针对于以上的问题，我提出了一种新的冷却方案，此方案适用于所有(1+3)—能级结构的碱土金属原子。通过外加横向磁场，原子上能级不同塞曼子能级之间相互混合，其结果使得原子受到的光辐射压力显著增大，同时原子气体的温度低于不加横向磁场时的情况。此种新型冷却方法的特点就是使用受激辐射压力来冷却原子，而非自发辐射压力。将此方法用于原子的窄跃迁线上，原子能够被冷却到单光子反冲极限温度，而且更重要的是冷却时间非常短，约为400μs。此种技术将促进40Ca光钟的发展。除此之外，我们通过利用标准的Fokker—Planck激光冷却理论讨论了两能级冷却系统的原子团温度随光场饱和系数之间的变化与(1+3)—能级结构的冷却系统之间的区别，从而解释了实验结果与两能级模型的理论计算结果之间的差别。　　 (III)主动光频标。目前光频标的发展主要受到激光器的线宽限制，所报道的激光器最窄线宽约为100mHz。压窄激光器线宽的方法主要是基于高精细度Fabry—Perot腔的Pound—Drever—Hall锁频方法，然而此方法严重受到Fabry—Perot腔热噪声的限制，无法更进一步地压窄激光器的线宽。我们知道，光频标实质上就是一台性能非常好的激光器，因此如果我们能够直接得到一台激光器，其线宽非常窄且中心频率不随时间移动，那么此激光器就是一台光频标。激光器线宽与中心频率的移动主要都来自于谐振腔的噪声影响，为使激光场对谐振腔热噪声不明感，我建议激光器工作在坏腔区域，即原子增益线宽远远小于谐振腔腔模线宽，此时激光器的输出光场完全取决于原子跃迁线，而受谐振腔热噪声的影响非常小，然而在这种情况下我们需要考虑腔模与原子之间有限相互作用时间对激光线宽的影响。基于激光的Heisenberg—Langevin理论，我详细地讨论了在不同极限情况下激光线宽的表达式。最后我以锶原子为例，讨论了实现主动光频标的可能。