基于锶冷原子的光晶格钟和原子干涉技术,可应用于高精度时频基准和量子精密测量领域,在未来的空间应用中具有明显的优势。研究空间锶冷原子应用,其关键一步是将原子冷却系统小型化。本文以小型化锶原子激光冷却为背景,研究小型化锶原子激光冷却系统中涉及的关键技术,主要研究内容有以下几个方面:(1)研究锶原子的物理特性和能级结构,分析光场对原子作用的理论,运用Doppler冷却原理,研究了锶原子激光冷却和俘获的原理和过程。通过一级冷却和二级冷却分别将锶原子减速并俘获到蓝色磁光阱(Blue MOT)和红色磁光阱(Red MOT)中。为减弱冷原子之间的相互作用,还需将冷原子装载到光晶格中。(2)设计并建立了小型化锶原子激光冷却真空系统和物理系统。分析真空系统需求,选取满足真空要求的材料和装置,利用分子泵-离子泵系统实现真空的抽取和维持。提出符合小型化指标的物理系统设计,主要装置包括电流加热锶原子源,永磁体塞曼减速器和内置线圈三维磁光阱,集成并测试了真空系统和物理系统。(3)设计了小型化锶原子激光冷却光学系统,建立了一级冷却光路。分析小型化锶原子激光冷却系统激光器的需求,设计了一级冷却,二级冷却以及光晶格光路。实现一级冷却461nm主激光器热原子束锁频,利用一级冷却光路,进行了原子冷却实验。(4)提出采用环形永磁体制作塞曼减速器的方法,优化塞曼减速器的设计参数,设计并集成了永磁体塞曼减速器。利用一级冷却光路,开展实验测试永磁体塞曼减速器的减速效率,实验结果表明,制作的永磁体塞曼减速器可将初速度为450m/s的热原子减速到100m/s,减速效率约为15%。