原子钟自1955年被首次研制成功至现在,经历六十余年的发展,在基础科学研究和技术应用方面发挥了重要的作用。激光冷却技术、超窄线宽激光技术及飞秒光梳的发展更极大促进了原子光钟的发展。目前国际单位的“秒”定义由铯喷泉微波钟保持,而光钟的不确定度和稳定度均已进入10-18量级,较铯微波喷泉钟具有更低的频率不确定度和更优的频率稳定度。因此,一旦出现“秒”定义的变更,光钟将成为有力竞争者,有可能成为下一代的时间频率基准。在用于光钟研制的原子中,锶(Strontium,Sr)原子是最有潜力的原子之一,锶原子具有m Hz量级的超窄自然线宽并且具有丰富的同位素,其中自然丰度最大的偶同位素88Sr和奇同位素87Sr常被用于研制锶原子光钟。目前世界上性能最好的光钟为锶原子光钟。2007年我们实验小组开始锶原子光晶格钟的研制工作,在位于国家授时中心的中国科学院时间频率基准重点实验室里,我们实现了锶冷原子样品的制备、锶原子的光晶格装载和锶原子钟跃迁信号的探测等实验。本论文围绕锶原子光晶格钟的研究,主要完成了88Sr原子的一级冷却优化和二级冷却实验、晶格光光源的强度噪声抑制实验、冷原子的光晶格装载实验以及88Sr的钟跃迁谱线探测实验等。第一、实现88Sr原子一级冷却的优化实验,包括利用二维准直技术提高热原子束通量,使冷却原子数目提高10倍左右;利用Lab VIEW数字伺服控制系统实现重泵浦激光707nm和679nm激光的频率稳定,使实验系统更加可靠、稳定运行。在一级冷却基础上完成原子的二级冷却,最终冷却的原子数目为1.5×107,温度约为2μK。第二、实验中的晶格光光源为半导体激光器,利用模清洁器对半导体激光器的强度噪声进行抑制。激光的强度噪声未抑制前在30MHz内不能达到散粒噪声极限,抑制后在8MHz附近便达到散粒噪声极限,强度噪声抑制效果明显。第三、对光钟研制中的光晶格理论进行了分析,完成了88Sr冷原子的一维光晶格装载的实验研究。基于光晶格理论,估算了实验中的一维光晶格的势阱阱深、囚禁频率及囚禁势阱的Lamb-Dicke参数η。理论分析了用于锶原子光钟的“魔术”波长光晶格,通过将冷原子装载进“魔术”光晶格中,可消除斯塔克效应引起的光频移。将88Sr冷原子装载进813nm“魔术”波长的一维光晶格中,得到一维光晶格寿命约为270ms,原子数目为1.2×105,囚禁的冷原子温度在3.5μK左右。研究不同光晶格功率对晶格内囚禁冷原子数目、冷原子温度的影响。利用Bose-Hubbard模型对光晶格中冷原子的平均占有数进行了分析和研究,为制备单个晶格占有单原子实验提供理论基础。第四、在实验上完成了88Sr的钟跃迁谱探测。介绍了用于锶原子钟跃迁探测的钟激光器系统。对用于碱土金属玻色子的外磁场诱导技术进行理论分析;对用于88Sr原子的微弱钟跃迁谱信号的归一化探测技术进行介绍。通过对698nm激光进行频率扫描,利用461nm脉冲激光探测基态原子布居数变化,经过多个周期采集获得88Sr的钟跃迁几率谱,谱线为边带和载波结构。根据采集的谱线结果,实验中得到轴向囚禁频率108k Hz,对应势阱深度41μK,Lamb-Dicke参数值0.2的一维光晶格势阱,得到光晶格中囚禁原子的钟跃迁谱线线宽为187Hz。